Exponenta Banner
exponenta event banner

Межсоединение и перекрестные помехи MOS

Открыть сценарий в реальном времени

В этом примере показано, как построить и смоделировать канал дерева RC с использованием радиочастотного Toolbox™.

В «Оценке асимптотической формы волны для анализа синхронизации» (IEEE Transactions on Computer-Aided Design, Vol., 9, No. 4, April 1990) компания Pillage and Rohrer представила и смоделировала схему дерева RC, которая моделирует целостность сигнала и перекрестные помехи в низкочастотном и среднечастотном межцепном взаимодействии МОП. Этот пример подтверждает их моделирование с использованием программного обеспечения RF Toolbox.

Их схема, воспроизведенная на следующем рисунке, состоит из 11 резисторов и 12 конденсаторов. В статье Разграбление и Рорер:

  • Применить вход напряжения клина

  • Вычислить переходные ответы

  • Постройте график выходных напряжений на двух различных конденсаторах, C7 и C12.

Рис. 1: Модель дерева RC взаимодействия MOS с перекрестными помехами.

RF Toolbox позволяет программно создавать эту схему в MATLAB и выполнять моделирование целостности сигнала.

В этом примере показано:

  1. Как использовать circuit, resistor, и capacitor с add для программного построения цепи.

  2. Как использовать clone, setports, и sparameters объекты для вычисления S-параметров для каждого требуемого выхода в широком диапазоне частот.

  3. Как использовать s2tf с Zsource = 0 и Zload = Inf вычисляют передаточную функцию напряжения от входа к каждому требуемому выходу.

  4. Как использовать rationalfit функция для получения аппроксимаций рациональной функции, которые фиксируют идеальное поведение RC-схемы с очень высокой степенью точности.

  5. Как использовать timeresp функцию для вычисления переходного отклика на сигнал входного напряжения.

Вставка номеров узлов в принципиальную схему

Перед построением цепи с использованием resistor и capacitor объекты, мы должны пронумеровать узлы цепи, показанной на рисунке 1.

Рис. 2: Схема с номерами узлов

Программно построить цепь

Создать circuit и используйте add функция для заполнения цепи именованными resistor и capacitor объекты.

ckt = circuit('crosstalk');

add(ckt,[2 1],resistor(10,'R1'))
add(ckt,[2 0],capacitor(0.114e-12,'C1'))
add(ckt,[3 2],resistor(72,'R2'))
add(ckt,[3 0],capacitor(1.238e-12,'C2'))
add(ckt,[4 3],resistor(34,'R3'))
add(ckt,[4 0],capacitor(0.021e-12,'C3'))
add(ckt,[5 4],resistor(96,'R4'))
add(ckt,[5 0],capacitor(0.028e-12,'C4'))
add(ckt,[6 5],resistor(72,'R5'))
add(ckt,[6 0],capacitor(0.007e-12,'C5'))
add(ckt,[7 6],resistor(10,'R6'))
add(ckt,[7 0],capacitor(1.048e-12,'C6'))
add(ckt,[8 7],resistor(120,'R7'))
add(ckt,[8 0],capacitor(0.47e-12,'C7'))

add(ckt,[12 8],resistor(24,'R8'))
add(ckt,[12 0],capacitor(0.2e-12,'C8'))

add(ckt,[10 2],resistor(48,'R9'))
add(ckt,[10 0],capacitor(0.007e-12,'C9'))
add(ckt,[11 10],resistor(24,'R10'))
add(ckt,[11 0],capacitor(0.2e-12,'C10'))

add(ckt,[9 8],capacitor(0.1e-12,'C11'))
add(ckt,[9 0],resistor(1000,'R11'))
add(ckt,[9 0],capacitor(1e-12,'C12'))

Настройка моделирования

Входной сигнал, используемый Pillage и Rohrer, представляет собой клин напряжения от 0 до 5 вольт со временем подъема в одну наносекунду и длительностью в десять наносекунд. Следующий код MATLAB моделирует этот сигнал с 1000 временными точками с sampleTime 0,01 наносекунды.

Следующий код MATLAB также использует logspace функция для генерации вектора из 101 логарифмически разнесенных частот анализа между 1 Гц и 100 ГГц. Определение широкого набора частотных точек повышает точность моделирования.

sampleTime = 1e-11;
t = (0:1000)'*sampleTime;
input = [(0:100)'*(5/100); (101:1000)'*0+5];
freq = logspace(0,11,101)';

Расчет S-параметров для каждой сети 2-Port

Чтобы вычислить отклик для обоих C7 и C12 конденсаторы, необходимо выполнить два отдельных вычисления S-параметров: сначала, при условии, что C7 конденсатор представляет выходной порт, и, во-вторых, предполагается, что C12 конденсатор представляет собой выходной порт. Для вычисления S-параметров для каждой настройки:

  1. Копирование исходной цепи ckt с использованием clone функция.

  2. Определите входные и выходные порты сети с помощью setports функция.

  3. Вычислите S-параметры с помощью sparameters объект.

Вычислить S-параметры с помощью C7 конденсатор представляет собой выходной порт.

cktC7 = clone(ckt);
setports(cktC7,[1 0],[8 0])
S_C7 = sparameters(cktC7,freq);

Вычислить S-параметры с помощью C12 конденсатор представляет собой выходной порт.

cktC12 = clone(ckt);
setports(cktC12,[1 0],[9 0])
S_C12 = sparameters(cktC12,freq);

Моделирование каждой сети 2-Port

Для моделирования каждой сети:

  1. s2tf функция, с option = 2вычисляет коэффициент усиления от напряжения источника к выходному напряжению. Он допускает произвольные импедансы источника и нагрузки, в данном случае Zsource = 0 и Zload = Inf. Результирующие передаточные функции tfC7 и tfC12 - частотно-зависимые векторы данных, которые могут соответствовать аппроксимации рациональной функции.

  2. rationalfit функция формирует высокоточные аппроксимации рациональной функции. Полученные в результате аппроксимации соответствуют сетям с точностью обработки.

  3. timeresp функция вычисляет аналитическое решение уравнений состояния-пространства, определяемых аппроксимацией рациональной функции. Эта методология достаточно быстра, чтобы один из них мог протолкнуть миллион битов через канал.

Моделировать cktC7 цепь.

tfC7 = s2tf(S_C7,0,Inf,2);
fitC7 = rationalfit(freq,tfC7);
outputC7 = timeresp(fitC7,input,sampleTime);

Моделировать cktC12 цепь.

tfC12 = s2tf(S_C12,0,Inf,2);
fitC12 = rationalfit(freq,tfC12);
outputC12 = timeresp(fitC12,input,sampleTime);

График переходных реакций

Выходные данные соответствуют рисункам 23 и 24 в газетах «Разграбление» и «Рорер». График клиновой характеристики низко- и среднечастотного МОП-соединения с перекрестными помехами.

figure
plot(t,input,t,outputC7,'LineWidth',2)
axis([0 2.5e-9 0 5.5]);
title('Ramp Response of Low- to Mid-Frequency MOS Circuit Interconnect with Crosstalk');
xlabel('Time (sec)');
ylabel('Voltage (volts)');
legend('Vinput','V(C7)','Location','NorthWest');

Figure contains an axes. The axes with title Ramp Response of Low- to Mid-Frequency MOS Circuit Interconnect with Crosstalk contains 2 objects of type line. These objects represent Vinput, V(C7).

График перекрестных помех в низко- и среднечастотном МОП-соединении с линейным входом.

figure
plot(t,input,t,outputC12,'LineWidth',2)
axis([0 5e-9 0 .5])
title('Crosstalk in Low- to Mid-Frequency MOS Circuit Interconnect with Ramp Input')
xlabel('Time (sec)')
ylabel('Voltage (volts)')
legend('Vinput','V(C12)','Location','NorthEast')

Figure contains an axes. The axes with title Crosstalk in Low- to Mid-Frequency MOS Circuit Interconnect with Ramp Input contains 2 objects of type line. These objects represent Vinput, V(C12).

Проверить рациональное вписывание вне диапазона вписывания

Хотя это не показано в этом примере, можно также использовать freqresp функция для проверки поведения rationalfit функция находится далеко за пределами указанного диапазона частот. Подгонка за пределы указанного диапазона иногда может вызвать неожиданное поведение, особенно если не предоставляются частотные данные около 0 Гц (DC).

Чтобы выполнить эту проверку аппроксимации рациональной функции в этом примере, раскомментируйте и запустите следующий код MATLAB.

% widerFreqs = logspace(0,12,1001);
% respC7 = freqresp(fitC7,widerFreqs);
% figure
% loglog(freq,abs(tfC7),'+',widerFreqs,abs(respC7))
% respC12 = freqresp(fitC12,widerFreqs);
% figure
% loglog(freq,abs(tfC12),'+',widerFreqs,abs(respC12))

Например, о построении и моделировании этой схемы дерева RC с использованием объектов RFCKT см. раздел Взаимодействие MOS и перекрестные помехи с использованием объектов RFCKT.

Связанные темы

Документация инструментария RF

Поддержка