微带线仿真分析.doc

微带线仿真分析 作者：tony1、 仿真结构下面利用传输线理论和FEM-VFM两种方法对一微带线结构的连续传输线（如图1所示）进行了建模和仿真，提取了等效SPICE电路，从而得到了所需的时域仿真波形。如图1，微带线特性阻抗设置为50ohm，这样可以与一般测试设备端口阻抗（如矢量网络分析仪和频谱仪等）相匹配，借助微带线阻抗计算公式，模型结构参数设置如下：信号线和地平面材料设为铜，电导率，信号线宽W=2.9mm，线长L=50mm，线厚度T=0.018mm，地平面长度为60mm，宽为30mm；介质的相对介电常数，损耗角，厚度H=1.5mm。这里，信号线位于结构的中央位置。图1 待仿真的微带互连线结构2、 场仿真结果用有限元方法仿真时，设PML吸收边界与传输线结构的间距为7.5mm，吸收层厚度为5.5mm，信号线两端端口用集中端口。仿真带宽可以用公式0.35/Tr近似得到，其中Tr为高速数字信号的上升沿时间，如0.1ns上升沿的数字信号带宽为3.5GHz,这里就把仿真带宽设为3.5GHz，仿真得到的和参数幅度和相位随频率的关系如图2和图3（由于网络是互易和对称的，图中只给出了和的仿真结果，其中用虚线表示）。图2 导纳参数和的幅度图3 导纳参数和的相位3、 矢量拟合系数及等效电路参数对和两条支路进行拟合（考虑到这里），用了8阶就已经得到很好的结果了，如图4和图5，图中用虚线代表拟合曲线。图4 和两条支路幅值矢量拟合图5 和两条支路相位矢量拟合和拟合系数和等效电路参数如表3-1所示。表3-1 和拟合系数和等效电路参数Y12极点a留数cRc1(Rr)()Lc(Lr)(H)Rc2()Cc(F)实极点-1.9454e+66.8417e+72.8434e-21.4616e-8-2.0519e+9376605.4485e+42.6553e-5共轭复数极点-9.2063e+7 +9.9738e+9i-6.8178e+7+70220i-5.9983e-1-7.3337e-9-7.1289e+3-1.3707e-012-9.2063e+7 -9.9738e+9i-6.8178e+7-70220i-1.84e+8 +1.9858e+10i6.703e+7+54371i1.49277.4593e-91.7520e+43.3996e-013-1.84e+8 -1.9858e+10i6.703e+7-54371i-2.0105e+8 +2.9525e+10i-5.4921e+7 +8.5129e+5i2.3360-9.1040e-9-1.2051e+4-1.2597e-013-2.0105e+8 -2.9525e+10i-5.4921e+7 -8.5129e+5id=8.1616e-5 Rd=1.2252e+4 e=2.5998e-14 Ce=2.5998e-14Y11+Y12极点a留数cRc1(Rr)()Lc(Lr)(H)Rc2()Cc(F)实极点-1.9454e+65464.33.5602e+21.8301e-4-2.0519e+9-2.6389e+5-7.7756e+3-3.7895e-6共轭复数极点-9.2063e+7+9.9738e+9i1.3594e+8 -1.3343e+5i3.0261e-13.6781e-93.5923e+32.7331e-012-9.2063e+7 -9.9738e+9i1.3594e+8 +1.3343e+5i-1.84e+8 +1.9858e+10i-1.0311e+6-1290.2i-1.0127e+2-4.8492e-7-1.2015e+6-5.2295e-015-1.84e+8 -1.9858e+10i-1.0311e+6+1290.2i-2.0105e+8 +2.9525e+10i1.4577e+8 -6.7644e+6i-4.00993.4301e-91.9072e+33.3372e-013-2.0105e+8-2.9525e+10i1.4577e+8 +6.7644e+6id=-0.0005794 Rd=-1.7259e+3 e=3.6376e-13 Ce=3.6376e-134、 时域仿真得到这些参数后，就可以进行时域仿真了（二端口网络），假设输入信号Vs是数字信号，源内阻为25ohm，延迟为零，上升沿和下降沿都为0.1ns，周期为2ns，其保持时间为0.8ns，低电平为0V，高电平为2V。如图6所示。图6 二端口网络时域仿真模型输出信号为，负载端阻抗为75ohm，这里用两种等效SPICE电路对该结构进行时域仿真，一种基于传输线理论提取的等效电路，经过公式计算得特性阻抗为50.16517ohm，传播速度等于，而信号上升/下降沿为0.1ns，于是，该微带线结构总延迟为，其至少应该被分为31段，而每段电感为，电容为（近似无耗传输线）；另一种是基于FEM-VFM方法提取的等效电路，拟合阶数为8，仿真结果如图7所示。图7 基于传输线理论