微带线仿真分析

微带线仿真分析1、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σ=5.8*107S/m，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εr=4.4，损耗角δ=0.015，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Y11和Y12参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Y11和Y12的仿真结果，其中Y12用虚线表示）。图2导纳参数Y11和Y12的幅度图3导纳参数Y11和Y12的相位3、矢量拟合系数及等效电路参数对-Y12和Y11+Y12两条支路进行拟合（考虑到这里Y11=Y12），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-Y12和Y11+Y12两条支路幅值矢量拟合

图5-Y12和Y11+Y12两条支路相位矢量拟合-Y12和Y11+Y12拟合系数和等效电路参数如表3-1所示。表3-1-Y12和Y11+Y12拟合系数和等效电路参数Y12极点a留数cRc1(Rr)(Ω)Lc(Lr)(H)Rc2(Ω)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

+54371i

1.4927

7.4593e-9

1.7520e+4

3.3996e-013-1.84e+8

-1.9858e+10i6.703e+7

-54371i-2.0105e+8

+2.9525e+10i-5.4921e+7+8.5129e+5i

2.3360

-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)(Ω)Lc(Lr)(H)Rc2(Ω)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+5i

3.0261e-1

3.6781e-9

3.5923e+3

2.7331e-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

-4.0099

3.4301e-9

1.9072e+3

3.3372e-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Vo，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Zo为50.16517ohm，传播速度Vρ等于1.6243*108m/s，而信号上升/下降沿为0.1ns，于是，该微带线结构总延迟为3.078*10-10S，其至少应该被分为31段，而每段电感为4.981*10-10H，电容为1.979*10-13F（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