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基于谐振腔理论级联传输线的建模与分析

基于谐振腔理论级联传输线的建模与分析

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作者：路洋西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着半导体产业的不断革新,高速系统逐渐向低功耗、小型化、高密度的方向发展。同时,高速电路中的时钟频率越来越高,导致系统中的互连变得不再透明,将产生反射、损耗、串扰、地弹等一系列的信号完整性问题。这些问题会引起信号的失真,... 详细信息

随着半导体产业的不断革新,高速系统逐渐向低功耗、小型化、高密度的方向发展。同时,高速电路中的时钟频率越来越高,导致系统中的互连变得不再透明,将产生反射、损耗、串扰、地弹等一系列的信号完整性问题。这些问题会引起信号的失真,甚至可能导致系统无法正常工作。为了提高产品设计效率,降低设计成本,工程师们需要预测并解决潜在的信号完整性问题。这就要求工程师们在完成产品设计前,使用各类仿真工具对系统进行仿真,找到违背系统完整性的互连网络进行再设计。仿真的关键在于构建系统的电路模型,模型的好坏将直接影响仿真结果的准确性。传输线作为各类电子系统中最常见的互连结构,其谐振腔模型是较为有效的建模方法之一。本文基于传输线谐振腔理论,研究了不同特性传输线级联结构的谐振腔建模方法。工作内容归纳如下:首先由于当前传输线谐振腔模型的快速算法无法应用在级联传输线结构中,作者提出了一种新的快速算法:电感近似法。传输线的谐振腔模型有无穷多个谐振模式,该方法将全部模式分成两部分,一部分是决定传输线带宽内阻抗的低阶谐振模式,另一部分为对阻抗影响较小的高阶谐振模式。将低阶模式保留,高阶谐振模式近似的看成线性。通过使用两节电感修正电路等效高阶模式,推导出了结合电感近似法的传输线谐振腔模型。电感近似法和其他快速算法相比,拥有更简单的修正电路参数求解过程,同时可以用来提高级联传输线的谐振腔模型的计算效率。通过误差分析以及频域仿真,验证了该方法的有效性。然后针对传输线的级联问题,本文通过推导两条传输线级联后整体结构的阻抗矩阵,求解出了不同特性传输线级联结构的谐振模式,建立了两条传输线级联结构的谐振腔电路模型。并通过推导多条传输线级联结构的转移参数矩阵,将两条传输线级联的情况推广到了多条传输线级联的情况。级联传输线的推导结果表明,当特性阻抗不相等的传输线级联时,原有的模式将彼此耦合形成新的谐振模式,级联后的谐振腔模型包含无穷多个谐振模式。通过频域和时域的仿真证明了模型的准确性。最后分析了级联传输线中的损耗问题,在谐振腔模型中,将损耗项中的电阻和电导合并,使用电导表示总的单位长度损耗。通过将表征导体损耗的串联电阻等效成并联电导的方法,推导出了仅包含LCG的有损级联传输线的谐振腔模型。

关键词：传输线谐振腔模型谐振模式电感近似法级联传输线

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