TDR信號反射仿真的實(shí)驗(yàn)步驟

當(dāng)信號進(jìn)入射頻后，阻抗匹配變得十分重要，差的匹配造成的反射將嚴(yán)重影響信號質(zhì)量，甚至可能造成誤操作，因此必須以傳輸線理論進(jìn)行分析，即印制電路板上每條連線都有其特性阻抗。在設(shè)計(jì)中，工程師通常利用時域反射法（TDR）來測量印制電路板上連線的特性阻抗，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。

本節(jié)的順序是首先介紹TDR的原理，接著介紹本次實(shí)驗(yàn)的仿真，最后實(shí)驗(yàn)步驟。其中實(shí)驗(yàn)步驟包括TDR基礎(chǔ)仿真、TDR模擬仿真和開路不連續(xù)傳輸線仿真。

TDR原理

印制電路板傳輸線的特性阻抗Z=(L/C)1/2,而使用TDR測量的公式為：

式中，為反射系數(shù)。

圖所示為傳輸線不連續(xù)時，測得的TDR反射波形，設(shè)特定性阻抗。剛開始時，波形起伏為SMA連接頭的雜散電容及電容效應(yīng)，之后為50Ω傳輸線，當(dāng)傳輸線較粗時，電容值較大而電感值較小，所以顯示反射圖形特性阻抗較高。因此，可以得出：TDR反射波形比50Ω傳輸線低時，表示傳輸線具有電容效應(yīng)；比50Ω傳輸線高時，具有電容效應(yīng)。

仿真實(shí)例

在介紹了TDR的原理后，本節(jié)通過一個仿真實(shí)例來討論TDR的仿真方法和基本流程，主要包括以下內(nèi)容：

1、對一段不連續(xù)傳輸線進(jìn)行TDR仿真，觀測由于電容和電感不連續(xù)造成反射波形的失真；

2、建立不連續(xù)傳輸線的版圖，以及可供調(diào)用的仿真元件模型；

3、對版圖建立的不連續(xù)傳輸線元件模型進(jìn)行仿真，與原理圖仿真結(jié)果進(jìn)行比較；

4、建立一個開路不連續(xù)傳輸線仿真原理圖，并計(jì)算不連續(xù)點(diǎn)的阻抗值。

可見不連續(xù)傳輸線的TRD反射波形，在V1波形中，凹陷點(diǎn)和凸起點(diǎn)分別代表電容和電感不連續(xù)造成的信號失真。

實(shí)驗(yàn)步驟

1、TDR基礎(chǔ)仿真

1、新建有一個“TDR_sim”原理圖

2、選擇一個“TLines-Multilayer”元件面板，選擇一個MLSUBSTRATE2元件插入原理圖中，雙擊元件，進(jìn)行設(shè)置：

3、繼續(xù)在“TLines-Multilayer”元件面板中分別選擇3個MLICTL_C插入原理圖中，進(jìn)行如下設(shè)置：分別表示長寬和設(shè)置第幾層

4、從“Sources-Time Domain”元件面板中選擇一個VtPulse插入原理圖，進(jìn)行如下設(shè)置：

5、選擇兩個50歐姆電阻，完成如下原理圖

6、添加瞬態(tài)仿真控制器，并進(jìn)行設(shè)置：

7、設(shè)置完成之后，進(jìn)行仿真顯示

可以看到TDR反射波形，在V1波形中，凹陷點(diǎn)和凸起點(diǎn)分別代表電容和電感不連續(xù)造成的信號失真。V1電感和電容在波動前后引起的波動分別為0.825V和1.099V。

2、Momentum TDR模擬仿真

要建立不連續(xù)傳輸線的版圖，首先要對上面的原理圖進(jìn)行修改，之后才能建立版圖及元件模型，具體步驟如下：

完成版圖后，繼續(xù)進(jìn)行基低參數(shù)設(shè)置，設(shè)置參數(shù)。

為了在原理圖中進(jìn)行仿真，還需要為版圖建立一個可調(diào)用的元件仿真模型。

步驟：

1、保留傳輸線，添加port

2、生成版圖

這里要選擇下面的，以P1開始。

3、設(shè)置“Substrate”和頻率之后對版圖，并生成“Symbol”，便于在原理圖中進(jìn)行調(diào)用。

4、將“TDR_sim”另存為“TDR_momentum_sim”,將2個傳輸線換成符號。

5、進(jìn)行仿真，得到的結(jié)果和之前原理圖仿真結(jié)果一樣。

3、開路不連續(xù)傳輸線仿真

在得到不連續(xù)傳輸線TDR反射波形的基礎(chǔ)上，接下來建立一個開路不連續(xù)傳輸線仿真原理圖，并計(jì)算TDR反射波形中不連續(xù)點(diǎn)的阻抗值。

1、將“TDR_sim”另存為“TDR_Tlin_sim”，首先刪除傳輸線、輸出端電阻以及輸出接地。再從“TLines-Multilayer”元件面板中選擇一個MLOPENSTUB元件插入原理圖中，作為開路負(fù)載，并對其進(jìn)行設(shè)置。

2、修改瞬態(tài)仿真控制器。

3、完成的電路圖如下所示：

4、進(jìn)行仿真，下面是TDR反射波形，可見出現(xiàn)凸起和凹起的不連續(xù)點(diǎn)。

5、為了計(jì)算不連續(xù)點(diǎn)的阻抗，還需要加入一個計(jì)算公式，如下所示：

好了，今天就到這里了。