Анализ контура Т-образной катушки

Открыть скрипт

В этом примере показано, как использовать блок мастера линейных схем для анализа схемы согласования импеданса Т-образной катушки и генерации данных S-параметра из результата.

Схема T-катушки используется во многих приложениях, чтобы импеданс совпадал с емкостной нагрузкой, такой как устройство защиты от электростатического разряда (ESD), в максимально широкой полосе частот [1], [2]. Вы должны включить эффекты Т-образной катушки в модель любого широкополосного или микроволнового канала, который использует его. В зависимости от приложения, можно вставить передаточную функцию схемы в модель канала или вставить S-параметры схемы в радиочастотный анализ канала.

Этот пример анализирует схему Т-образной катушки, показанную на этой принципиальной схеме. Конденсатор Ce является конденсатором, который должен соответствовать импедансу [3]. Схема включает эквивалентные схемы для двух портов S-параметра. Для получения дополнительной информации о портах S-параметров смотрите раздел S-Parameters примера.

Файл TCoil.sp содержит список соединений SPICE для схемы Т-образной катушки.

* SPICE netlist for T-coil example
* The circuit itself
Ra 2 3 4
La 3 4 360e-12
Cb 2 6 15e-15
Kab La Lb 0.4
Ce 4 0 300e-15
Lb 4 5 240e-12
Rb 5 6 2
* Create an S-parameter port by driving with a voltage source
* and load resistor, and then measure the voltage and current
* at the circuit end of the load resistor.
*
* Port 1 definition
V1 1 0
R1 1 2 50
.print V(2 0) I(V1)
* Port 2 definition
V2 7 0
R2 6 7 50
.print V(6 0) I(V2)
.end

Откройте TCoil модель. Модель содержит Мастер Линейных Цепей, который можно использовать, чтобы создать блоки Линейных Цепей для схемы Т-образной катушки и базовой цепи без соответствия импеданса. Модель также содержит настройку теста, используемую для сравнения импульсной характеристики схемы Т-образной катушки с базовой схемой.

open_system('TCoil.slx');

Выберите блок «Мастер линейных цепей». В маске блока или Property Inspector установите имя проекта цепи равным 'T-Coil', имя блока, для 'with T-coil', и имя файла Netlist для 'TCoil.sp'.

Проанализируйте список СПАЙС для схемы Т-образной катушки, нажав на файл списка анализов и переопределите порты. Вкладки Определение и Device Noise Generators становятся видимыми в диалоговом окне параметров блоков. При желании проверьте настройки порта и настройки шума устройства.

Отобразите частотную характеристику схемы Т-образной катушки, нажав кнопку передаточные функции.

Создайте блок Linear Circuit для схемы Т-образной катушки, нажав кнопку Build/modify block. Соедините блок с нижним каналом в модели. Активный входной порт V1, а активный выходной порт Vprint3.

Этот пример сравнивает схему Т-образной катушки с базовой схемой без согласования импеданса. Базовая схема является шунтируемым конденсатором, соединенным с двумя портами S-параметра. Файл NoTCoil.sp содержит список сетей SPICE для этой схемы.

* SPICE netlist for T-coil example
* The load parasitic capacitance without matching circuit
Ce 4 0 300e-15

* Create an S-parameter port by driving with a voltage source
* and load resistor, and then measure the voltage and current
* at the circuit end of the load resistor.
*
* Port 1 definition
V1 1 0
R1 1 4 50
.print V(4 0) I(V1)
* Port 2 definition
V2 7 0
R2 4 7 50
.print V(4 0) I(V2)
.end

Вернитесь к блоку Мастера линейных цепей. В маске блока или Property Inspector установите имя проекта цепи равным 'Shunt C', имя блока, для 'no T-coil', и имя файла Netlist для 'NoTCoil.sp'. Проанализируйте список цепей для шунтируемой конденсаторной схемы, нажав кнопку Parse netlist и переопределите порты.

Отобразите частотную характеристику обмотки шунтирующего конденсатора, нажав кнопку передаточные функции. Реакция шунтируемого конденсатора падает намного быстрее на высоких частотах, чем реакция схемы Т-образной катушки.

Создайте блок Linear Circuit для шунтируемого конденсатора, нажав кнопку Build/modify block. Соедините этот блок с верхним каналом в модели. Активный входной порт V1, а активный выходной порт Vprint3.

Запустите симуляцию. В этих возможностях отображения желтая трассировка является импульсной характеристикой шунтируемого конденсатора без согласования импеданса, а синяя трассировка является импульсной характеристикой T-катушки.

Несмотря на то, что схема Т-катушки вводит небольшую задержку, полученная импульсная характеристика более желательна для передачи данных с плоским верхом и более компактными подъемными и падающими ребрами.

S-параметры

Мастер линейной схемы определяет порты как входные или выходные, а также как напряжение или ток. Напротив, S-параметры выражены в терминах на входящих волнах и исходящих волнах в каждом порту, основанных на предполагаемом импедансе линии электропередачи в каждом порту. Поэтому вам нужны некоторые конкретные допущения и некоторое преобразование, чтобы получить S-параметры для линейной схемы.

Пример делает следующие допущения:

  1. Каждый порт соединяется с входным/нагрузочным импедансом Z0 (обычно 50 Ω).

  2. Каждый порт управляется независимым источником напряжения, приводящим в действие резистор, значение которого равно импедансу источник/нагрузка. Этот источник напряжения является входным портом напряжения.

  3. Напряжение на каждом порте доступно как выход. Это выходной порт напряжения.

  4. Ток, протекающий через каждый источник/резистор нагрузки, доступен как выход. Это токовый выходной порт. В контексте списка сетей SPICE этот ток измеряется независимым источником напряжения, который определяет входной порт напряжения.

Учитывая эти предположения, можно преобразовать напряжения и токи узла порта во входящие и исходящие волны, чтобы получить S-параметры. Учитывая напряжение входящей волны${w_i}$ и напряжение исходящей волны${w_o}$ в порту с характерным импедансом ${Z_0}$и помня, что ток порта задан как выходной ток схемы, напряжение порта и ток порта:

$$v = {w_i} + {w_0}$$

$$i = - {{{w_i}} \over {{Z_0}}} + {{{w_o}} \over {{Z_0}}}$$

Решение этих уравнений приводит к получению волн:

$${w_i} = {{v - {Z_o}i} \over 2}$$

$${w_o} = {{v + {Z_o}i} \over 2}$$

Матрица параметров S является затем матрицей амплитуд исходящих волн, разделенных входящими амплитудами волн.

Список цепей TCoil.sp удовлетворяет этому набору допущений для S-параметра Port 1 посредством следующей группы операторов:

* Port 1 definition
V1 1 0
R1 1 2 50
.print V(2 0) I(V1)

V1 определяет входной порт напряжения, и R1 является резистором источника/нагрузки. The .print оператор задает порт выхода напряжения от узла 2 до узла возврат и порт выхода тока, выход которого является током, протекающим через источник V1 напряжения.

Аналогичный набор операторов задает S-параметр Port 2.

Можно вычислить данные S-параметра, сначала определив желаемую шкалу частот, а затем используя generateSParameterData вспомогательная функция. Проанализируйте интересующий список цепей и нажмите кнопку Отчет о полюсах и нулях. Получите данные S-параметра от DC до 100 ГГц за 1 ГГц шага.

freq = (0:100)*1e9;
[data,errmsg] = generateSParameterData('TCoil/Linear Circuit Wizard',freq);

Получившаяся структура данных непосредственно совместима с S-parameters объект и rfwrite функция в RF Toolbox™.

Ссылки

  1. Разави, Бехзад. The Bridged T-Coil [A Circuit for All Seasons] (неопр.) (недоступная ссылка). IEEE Solid-State Circuits Magazine 7, № 4 (Осень 2015): 9-13. https://doi.org/10.1109/MSSC.2015.2474258.

  2. Росс, Боб. «Темы T-катушки». DesignCon IBIS Summit, Санта-Клара, Калифорния. 3 февраля 2011 года. http://ibis.org/summits/feb11/ross.pdf

  3. Коссель, Марсель, Кристиан Менольфи, Йонас Вайсс, Петер Бухманн, Джордж фон Буэрен, Лусио Родони, Томас Морф, Томас Тойфл и Мартин Шмац. «Усиленный T-образной катушкой 8.5Gb/s высокоскоростной датчик с разрывом на источнике в 65-нанометровой CMOS». В 2008 году IEEE International Solid-State Circuits Conference - Digest of Technical Papers, 110-599, 2008. https://doi.org/10.1109/ISSCC.2008.4523081.

См. также

| (RF Toolbox) | (RF Toolbox)

Похожие темы

Документация по Mixed-Signal Blockset

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте