PCBブログ - PCBボード設計における過渡信号解析について

PCBボード における相互接続と電力線の過渡応答ビット誤りの原因です, タイミングジッタ, と他のシグナル完全性問題. 過渡信号解析を使用して最適回路を設計するのにかかる設計ステップを決定することができます. 簡単な回路における過渡信号解析は手動でチェックして計算することができる, 過渡応答を時間をかけてプロットできるようにする. より複雑な回路は手動で解析するのが難しい. 代わりに, シミュレータ設計中の時間領域過渡信号解析用シミュレータを使用できる. あなたが正しいデザインソフトウェアを使用する場合は、コーディングスキルを必要としない. 正式に, 過渡現象は、一次の線形または非線形微分方程式（自律または非自律）のセットとして記述することができる回路で発生することがある。過渡応答はいくつかの方法で決定できる.

時間不変回路におけるフィードバックのない過渡応答は、3つの状況のうちの1つに分類される。

1）過減衰：ゆっくり減衰する応答，振動なし

2）臨界減衰：高速減衰応答，NO振動

3）減衰不足：減衰振動応答

回路シミュレーションのために，回路図から直接過渡信号解析シミュレーションを実行できる。これは回路動作の2つの側面を考慮する必要がある。

1）駆動信号。これは過渡応答を引き起こす入力電圧／電流レベルの変化を定義する。これは、2つの信号レベル（すなわち、デジタル信号を切り換える）、電流入力信号レベルにおけるディップまたはスパイク、または駆動信号の任意の他の変化との間の変化を含むことができる。あなたは正弦波信号または任意の周期的な波形で駆動を検討する可能性があります。また、2つのレベルの間のスイッチとして、信号の有限立ち上がり時間を考慮することができます。

2）初期条件。これは、駆動信号が変動したり、駆動波形がオンになったときの回路の状態を定義している。時刻t＝0において、回路は最初は定常状態（すなわち、回路中の過渡的な過渡応答はない）と仮定する。初期の条件が指定されないならば、電圧と電流はT = 0でゼロであると思われます。デジタル信号を切り換える例を以下に示す。この回路では、初期条件が指定されていないと仮定する。電流の過渡応答は減衰の不十分なために過大なシュートとアンダーシュートを示した。ここでの1つの解決策は、減衰を増加させるためにソースにいくつかの直列抵抗を加えることである。より良い解決策は、インダクタンスを減少させたり、回路内のキャパシタンスを増加させて、応答を減衰状態にすることである。

回路図とレイアウト後の過渡信号解析

出力は反射波形シミュレーションで見られるものと類似し，入射波と反射波はポストレイアウトシミュレーションで比較される。この場合の違いは、PCBボードの寄生虫を考慮しない回路図に取り組んでいることです。ポストレイアウトシミュレーションにおいて、寄生性は考慮されます、そして、あなたの過渡的な信号解析結果はあなたにレイアウトに若干の変更をするか、上で述べたリンギングを減らすために積み重ねるように通知するかもしれません。上記の結果が伝送線のポストレイアウト信号完全性シミュレーションにおいて、見られる場合、1つの解は相互接続のループ・インダクタンスを減らすことになっていて、静電容量を縮小することになっている。これは、特性インピーダンスを変更することなく回路の減衰を増加させる。これはまた、回路の共振周波数をより高い値に移動させ、リンギング振幅を減少させる。別のオプションは、ドライバでシリーズ終了です。

極零点解析

時間領域シミュレーションの代替は極零解析を使用することである。この手法は回路をlaplace領域にもたらし，回路で極と零点を計算する。これにより、過渡信号応答が回路にどのように振る舞うかをすぐに見ることができます。この種のシミュレーションは、過渡信号解析の初期条件を考慮に入れることができるので、結果はより一般的である。ただし、入力波形の振る舞いを明示的に考慮していないため、過渡信号の大きさを直接表示することはできません。

過渡信号解析における安定性と不安定性

ここで留意すべきは、フィードバックを含む回路の不安定性の可能性である. 典型的な回路で, PCBの回路図とレイアウトをチェックします, あなたはほとんど常に安定した過渡現象に遭遇する. 上の例は安定した応答を示します. 過渡振動, 信号は最終的に定常状態に崩壊する. 強いフィードバックを持つ回路で, 過渡振動は不安定になり，時間とともに成長する. 増幅器は、強いフィードバックの存在下での熱揺らぎまたは強い過大な応答が増幅器の応答を不安定にし飽和するようにすることができる周知の状況である. 飽和非線形時間不変回路は、最終的に、この不安定振幅を一定レベルにする. 過渡信号解析, 簡単にタイムドメイン内の不安定性を見つけることができますこれは、アンダーダンピング状態における出力の指数関数的増加で現れる. ポールゼロ解析, 本当の部分は PCBボード.