Фильтр по тематике

Обзор основных возможностей инструмента SimPCB для расчёта параметров линий передач в программе Delta Design

В статье рассматриваются основные возможности инструмента SimPCB в составе Delta Design. Выделяются его преимущества над аналогичными программными реализациями.

Одним из ключевых элементов в конструкции печатной платы (ПП) является линия передачи (ЛП). Это система прямых и возвратных проводников, расположенных в непосредственной близости друг от друга и формирующих единое электромагнитное поле. Управление параметрами ЛП на ПП позволяет минимизировать потери, связанные с деградацией целостности сигналов и ЭМС [1].

Для обеспечения надёжной работы высокоскоростных и высокочастотных электронных устройств необходимо контролировать параметры ЛП. ЛП – это не только сигнальный трек, расположенный на одном слое, внешнем или внутреннем, как представляют его большинство систем автоматизированного проектирования (САПР), но и контактные площадки (КП) компонентов, переходные отверстия (ПО). Параметры КП возможно учесть, представив их через обычные структуры ЛП. Это будет или микрополосковая, копланарная, или копланарная микрополосковая ЛП без маски. Расчёт ПО полностью отсутствует, а их параметры выбираются, как правило, из технологических возможностей производства. В результате межслойный переход становится неоднородностью на пути следования сигнала и может привести к серьёзному снижению его качества. 

Инструмент SimPCB, входящий в состав программы Delta Design, кардинально отличается от программ подобного назначения. SimPCB даёт возможность рассматривать ЛП более полно, так как позволяет вычислять параметры не только ЛП в привычном их понимании, но и ПО. Следует отметить ещё раз, что во всех современных зарубежных САПР печатных плат, таких как Altium Designer, PADS, VX и другие, расчёт первичных и вторичных электрических параметров межслойных переходов нереализован, что в значительной степени может негативно повлиять на качество разработки, особенно высокочастотных устройств. 

Запуск SimPCB в программе Delta Design осуществляется через меню Инструменты (рис. 1) в редакторах схемы или платы.

Инструмент состоит из следующих основных функциональных областей (рис. 2): 

  1. Выбор типа ЛП. Доступно четыре типа: одиночная, дифференциальная, копланарная одиночная, копланарная дифференциальная. 
  2. Список ЛП в группе. На текущий момент времени доступно 104 (с учётом перевёрнутого проводника) структуры для расчёта.
  3. Описание выбранной ЛП. Здесь же располагается опция: перевернуть проводник и тем самым имитировать положение ядра (основания диэлектрика) относительно целевого проводника (рис. 3).
  4. Выбор вычисляемого параметра. Осуществляется путём активации кнопки, расположенной рядом с параметром (рис. 4). По умолчанию рассчитывается волновое сопротивление одиночных (Z0) или дифференциальных (Zdiff) ЛП (зависит от выбранной структуры). При необходимости пользователь может рассчитать толщину диэлектрика (H), диэлектрическую проницаемость (Er), толщину проводника (T), ширину проводника (W), зазор внутри дифференциальной пары (S), расстояние от проводника до опорной плоскости (D) для конкретного значения волнового сопротивления. Список параметров зависит от выбранной структуры.
  5. Область ввода значений параметров структуры и отображение результата. 
  6. Настройка множественного расчёта. SimPCB позволяет вычислять первичные и вторичные параметры ЛП в диапазоне значений одного выбранного параметра. Необходимо задать минимальное значение, максимальное и шаг. Результаты отображаются в виде таблицы, которую можно сохранить в формате .xlsx (рис. 5). 
  7. Область отображения первичных параметров ЛП. В настоящее время дополнительно вычисляются: задержка в проводнике (Tpd), погонная ёмкость (C0), погонная индуктивность (L0), скорость распространения сигнала (Vp) и эффективная диэлектрическая проницаемость (EEr). Для дифференциальных сигналов дополнительно рассчитывается волновое сопротивление нечётной моды (Zodd), чётной моды (Zeven) и режима общего вида (Zcomm). 
  8. В данной секции расположена функциональность настройки допустимых значений параметров, выбор единиц измерения и сохранения расчёта. Также есть возможность открыть ранее сохранённую структуру в формате .xml и вывести результаты расчётов в формате .xlsx. 
Функциональные области для расчёта параметров ПО представлены на рисунке (рис. 6). 

  1. В данной секции осуществляется выбор типа ПО. В текущей версии доступно отверстие для двухслойной ПП.
  2. Активация/деактивация наличия опорных слоёв и маски у ПО.
  3. Графическое представление ПО с параметрами.
  4. Описание параметров. 
  5. Область ввода значений параметров отверстия: 
    Dv – диаметр ПО;
    Tp – толщина меди в отверстии;
    Dp – диаметр площадки на слое;
    Da – диаметр антипада;
    T – толщина меди на слое;
    H – толщина диэлектрика;
    Er – диэлектрическая проницаемость;
    С1 – толщина маски;
    CEr – диэлектрическая проницаемость маски.
  6. Секция отображения рассчитанных первичных параметров ПО: задержка (Tpd), ёмкость (C0), индуктивность (L0), скорость распространения сигнала (Vp), волновое сопротивление (Zo). 
  7. Настройка допустимых значений параметров, сохранение проекта и выбор единиц измерения. 
Таким образом, инструментарий SimPCB позволяет современному инженеру решать часть задач обеспечения целостности сигналов высокоскоростных печатных плат. Основные преимущества инструмента:
  • высокая точность и скорость расчёта параметров ЛП и ПО [3];
  • использование большого набора структур ЛП (104 структуры);
  • учёт высоты маски и технологического подтрава проводника;
  • расчёт первичных и вторичных параметров ЛП и ПО (ёмкость, индуктивность, волновое сопротивление, задержка сигнала и т.д.);
  • множественный расчёт; 
  • учёт различных вариантов расположения маски и опорных слоёв для ПО. 
Инструмент SimPCB предоставляет возможность современному инженеру проводить расчёты первичных и вторичных параметров ЛП и ПО с высокой точностью. Отличительной особенностью SimPCB от подобных программных продуктов является более полный подход к представлению ЛП. Специалист имеет возможность контролировать параметры межслойного перехода, что актуально для современных печатных плат, проектировать ЛП в которых без применения ПО становится всё сложнее. 

Delta Design c инструментом SimPCB выходит на новый уровень в части проектирования высокоскоростных и высокочастотных устройств, а выбранный подход обеспечивает лидирующие позиции в части контроля параметров ЛП, так как ни одна из САПР подобного назначения не позволяет учитывать ПО в линиях.

Литература

  1. Кечиев Л.Н. Печатные платы и узлы гигабитной электроники. М.: Грифон, 2017. 57 с.
  2. Методы расчёта волнового сопротивления линий передач на печатных платах / В.А. Ухин, Д.С. Коломенский, В.С. Кухарук, О.В. Смирнова // Современная электроника. 2023. № 9. С. 40.
  3. Сравнение результатов расчетов волнового сопротивления линий передач на печатных платах / В.С. Кухарук, Д.С. Коломенский, В.А. Ухин, О.В. Смирнова // Современная электроника. 2023. № 9. С. 43.
© СТА-ПРЕСС, 2024
Комментарии
Рекомендуем
Выставка ExpoElectronica 2024 и проблемы импортозамещения. Альтернативы китайским поставщикам электроника

Выставка ExpoElectronica 2024 и проблемы импортозамещения. Альтернативы китайским поставщикам

С 16 по 18 апреля 2024 года в МВЦ «Крокус Экспо» в Москве проходила крупнейшая по количеству участников и посетителей в России и ЕАЭС международная выставка электроники ExpoElectronica. Более 760 российских и международных участников имели возможность продемонстрировать свою продукцию и рассказать о своих достижениях. Впервые были представлены секции «Робототехника» и «Цифровые решения». Выставка привлекла компании основных партнёров РФ в области современной электроники, среди которых КНР, Беларусь, ОАЭ, Киргизия. В то же время развивается непростая ситуация с поставками компонентов РЭА из Китая в Россию. Наш корреспондент проанализировал проблему и сделал некоторые выводы, которые могут быть полезны для налаживания поставок от зарубежных партнёров, переориентирования внимания с КНР на страны Индокитая и Африканского континента, а также совершенствования системы платежей по альтернативным цепочкам.
28.05.2024 СЭ №5/2024 945 0
Открытие квантовых точек и разработка технологии их массового производства. Часть 3. Технология синтеза коллоидных квантовых точек электроника

Открытие квантовых точек и разработка технологии их массового производства. Часть 3. Технология синтеза коллоидных квантовых точек

Данная статья посвящена конкретному вкладу каждого из трёх лауреатов Нобелевской премии по химии в 2023 году. В первой части рассмотрены общие аспекты нанокристаллов как заключительной триады полупроводников с квантово-размерным эффектом и описано открытие квантовых точек в стеклянных матрицах, сделанное Алексеем Екимовым в 1981 году в ГОИ им. Вавилова. Вторая часть посвящена коллоидным квантовым точкам, впервые полученным в виде сухого порошка Луисом Брюсом.  В третьей части статьи подробно рассмотрена технология синтеза коллоидных квантовых точек, разработанная Мунги Бавенди. Эта технология позволила организовать бурно развивающееся в настоящее время массовое производство квантовых точек для различных приложений, начиная с медицины, электронных компонентов и заканчивая катализом в промышленных масштабах.
27.05.2024 СЭ №5/2024 865 0
Сверхпроводимость при высоких температурах: реальность и фальсификации. Часть 1. От низкотемпературной до высокотемпературной сверхпроводимости электроника

Сверхпроводимость при высоких температурах: реальность и фальсификации. Часть 1. От низкотемпературной до высокотемпературной сверхпроводимости

В начале апреля 2024 года был опубликован 124-страничный отчёт о судебном процессе Университета Рочестера против Ранга Диаса, в котором подробно описаны факты плагиата и научных фальсификаций этого преподавателя физики, ставшего на три года научной суперзвездой жёлтой прессы. В течение нескольких последних лет Диас публиковал статьи об очередном прорывном достижении, неумолимо приближавшем его к открытию сверхпроводимости при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении. Поскольку сверхпроводимость при нормальных условиях (НУ) способна практически полностью изменить всю существующую науку и технику, то на протяжении уже более сотни лет эта цель является путеводной звездой для многочисленных лабораторий, занимающихся данной проблемой. Однако никому в мире не удалось повторить достижения Диаса. Поскольку основным критерием истинности того или иного открытия в физике является получение одинаковых результатов по одной и той же методике в нескольких независимых лабораториях, то ведущие учёные в разных странах стали сомневаться в результатах экспериментов Диаса. Вывод независимой комиссии о том, что эта история оказалась просто фейком, произвёл эффект разорвавшейся бомбы. Многие учёные и особенно научные чиновники стали сомневаться в том, возможна ли вообще высокотемпературная сверхпроводимость и каковы перспективы развития этого направления. Для того чтобы ответить на этот вопрос, нужно представлять, что такое сверхпроводимость при высоких температурах и каковы неоспоримые достижения в этой области на данный момент. Этому посвящена первая часть статьи. Во второй части будут рассмотрены примеры нескольких нашумевших фальсификаций результатов измерений сверхпроводимости при «комнатных температурах».
27.05.2024 СЭ №5/2024 895 0
Поле атмосфериков на фоне сейсмической активности при различной геофизической обстановке (экспериментальные данные) электроника

Поле атмосфериков на фоне сейсмической активности при различной геофизической обстановке (экспериментальные данные)

В статье приводятся экспериментальные данные АЧХ поля атмосфериков (п. а.), зарегистрированных на авроральных обсерваториях ПГИ Ловозеро (Мурманская обл.) и Баренцбург (арх. Шпицберген), и характеристики явлений, включая сейсмические данные, которые характеризуют геофизическую активность: солнечные вспышки X-Ray Flux (GOES), магнитограммы магнитного поля Земли, показания нейтронного монитора (космические лучи) и сейсмические данные норвежской сети NORSAR.  В качестве приёмно-регистрирующей аппаратуры поля атмосфериков на обсерваториях использовался приёмник ОНЧ-диапазона (400÷7500 Гц) с рамочной антенной на входе и последовательный анализатор спектра. Используемая аппаратура была разработана в ПГИ на основе программируемых аналоговых (AN221E04) и цифровых (PIC18F452) интегральных микросхем, что дало возможность получать высокую точность обработки аналоговых сигналов (не хуже 1%) и позволило сопоставлять результаты регистрации, выполненные в разных точках наблюдений, с численным моделированием процессов в нижней ионосфере Земли.
24.05.2024 СЭ №5/2024 797 0

ООО «ПРОСОФТ» 7724020910 erid=2SDnjeaxp3k
ООО «ПРОСОФТ» 7724020910 erid=2SDnjeaxp3k