Технология PCB - анализ переходных сигналов при проектировании цепей PCB

Transient responses in interconnects and on power lines in PCB board are responsible for bit errors, временная тряска, and other signal integrity problems. Вы можете использовать анализ переходных сигналов для определения шагов проектирования идеальной схемы.

Можно вручную проверить и вычислить переходные сигналы в простой цепи, чтобы нарисовать переходные отклики, изменяющиеся во времени. более сложные схемы, возможно, трудно проанализировать вручную. напротив, во время проектирования тренажёра можно использовать тренажёр для анализа переходных сигналов. у вас есть правильное программное обеспечение, и вам даже не нужны навыки кодирования.

официально, transients may occur in circuits that can be written as a coupled set of first-order linear or nonlinear differential equations (autonomous or non-autonomous). переходный отклик можно определить несколькими способами.

в постоянно действующей цепи, без обратной связи, переходный отклик является одним из следующих трех условий:

Overdamping: Slow decay of response, Нет колебаний

критическое демпфирование: быстрое затухание

Underdamping: Attenuated oscillatory response

Что касается моделирования схем, то вы можете запустить моделирование переходных сигналов непосредственно из принципиальных схем. для этого необходимо рассмотреть два аспекта поведения схемы:

сигнал пилота. Это определяет изменения входного напряжения / уровня тока, которые приводят к нестационарному реагированию. Это может предполагать изменение уровня сигнала между двумя уровнями (т.е. переключение цифровых сигналов), снижение или пик текущего уровня входного сигнала или любое другое произвольное изменение в ведущем сигнале. Вы можете рассмотреть возможность использования синусоидального сигнала для привода или любой периодической формы волны. при переключении сигнала между двумя уровнями вы можете также учитывать ограниченное время нарастания.

начальное условие. Это определяет состояние цепи при открытии контура во время флуктуации приводного сигнала или при включённой форме привода. Если предположить, что в момент t = 0 цепь сначала находилась в стабильном состоянии (т.е. Если начальное условие не установлено, предполагается, что напряжение и ток при t = 0 равны нулю.

После запуска симуляции система даст вам выход, который покрывает вход и выход, чтобы вы могли точно видеть, как различные изменения уровня сигнала происходят с переходом. Пример переключающего цифрового сигнала показан ниже. В этой цепи мы исходим из того, что начальное условие не указано. из - за недостаточного демпфирования переходный отклик тока проявился в серьезных ультрагармонических сокращениях. здесь решение заключается в том, чтобы добавить в питание последовательные резисторы для увеличения демпфирования. лучшее решение заключается в том, чтобы уменьшить индуктивность в цепи или увеличить емкость, чтобы дать ответ на состояние демпфирования.

Пример результатов анализа переходных сигналов

принципиальная схема и компоновка после анализа переходных сигналов

выход на вышеприведенной диаграмме аналогичен выходу в моделировании отражательной формы, где после макета сопоставляются падающие и отраженные волны. Разница в этом заключается в том, что мы работаем над схемой, которая не учитывает паразитный эффект PCB. при моделировании посткомпоновки будут учитываться паразитные, переходные результаты анализа сигналов, которые могут сообщить Вам о некоторых изменениях в компоновке или стеке, с тем чтобы уменьшить количество таких звонков.

Если результаты моделирования полноты сигнала после компоновки линии передачи видны выше, то одним из решений является снижение индуктивности контура в межсоединении и пропорциональное уменьшение емкости. это увеличивает демпфирование цепи без изменения сопротивления свойства. Это также позволит перенести резонансную частоту в цепи на более высокое значение и тем самым снизить амплитуду вызова. другой вариант - это последовательный драйвер.

нулевой анализ

другой метод моделирования часового поля - анализ с нулевыми полями. The technique takes the circuit into the Laplace domain and calculates the poles and zeros in the circuit. Это позволяет вам сразу же видеть поведение в цепи переходных сигналов. Учтите, что такое моделирование все еще может учитывать предварительные условия при анализе переходных сигналов, Поэтому результат более общий. Однако, you cannot directly see the magnitude of the transient signal because you are not explicitly considering the behavior of the input waveform.

стабильность и неустойчивость в анализе переходных сигналов

Здесь следует отметить, что в цепи с обратной связью может существовать неустойчивость. В типичной схеме вы будете проверять схему и схему PCB, почти всегда встречая стабильные переходные сигналы. вышеприведенный пример показывает стабильный ответ. Несмотря на наличие нестационарных колебаний, сигнал в конце концов затухает до стабильного состояния. в цепи с сильной обратной связью переходные колебания становятся нестабильными и со временем нарастают.

усилитель - это хорошо известная ситуация, в которой тепловое колебание или слабое демпфирование может привести к неустойчивости и насыщению реакции усилителя при наличии сильной обратной связи. нелинейность насыщения в конечном счете вынуждает эту нестабильную амплитуду стабилизировать на постоянном уровне.

в анализе переходных сигналов легко обнаружить неустойчивость в области времени; Это будет происходить в режиме неполного демпфирования, выход экспоненциально увеличивается. в анализе нулевых полюсов реальная часть была положительной.