ANSYS信號(hào)完整性與電源完整性仿真__反射1

記錄一下自己學(xué)習(xí)ANSYS進(jìn)行信號(hào)完整性與電源完整性分析過(guò)程


軟件:ANSYS Electronics Desktop 2017.1

參考書(shū):ANSYS 信號(hào)完整性和電源完整性分析與仿真實(shí)例 第二版 房麗麗 章傳芳 編著


反射



一.簡(jiǎn)要原理


主要原因:瞬態(tài)阻抗不連續(xù),包括傳輸線內(nèi)部不連續(xù)和端接不連續(xù)。更進(jìn)一步是因?yàn)樽杩共贿B續(xù)處要保證電壓連續(xù)和電流連續(xù)窍侧,即V1=V2,I1=I2载庭,又有Z1=V1/I1,Z2=V2/I2充岛,Z1≠Z2時(shí)上述4式不可能成立访诱,因此要產(chǎn)生反射電壓以維持系統(tǒng)的協(xié)調(diào)穩(wěn)定麻蹋。

為什么重要:反射造成的下沖或者上沖會(huì)造成系統(tǒng)工作不穩(wěn)定,是影響單網(wǎng)絡(luò)信號(hào)質(zhì)量的主要因素街夭。

主要原理:反射系數(shù)\rho =\frac{V_{refl} }{V_{inc}} =\frac{Z_{2}-Z_{1}}{Z_{2}+Z_{1}}


二.ANSYS仿真

第一次使用砰碴,所以記下具體詳細(xì)操作

軟件操作與HFSS很相似,歸納主要步驟為添加器件板丽,設(shè)置器件呈枉,按電路圖連接器件趁尼,設(shè)置仿真類(lèi)型并求解,查看結(jié)果猖辫。



1.反彈圖

內(nèi)容:源電壓1V酥泞,內(nèi)阻17歐姆,傳輸線特性阻抗50歐姆啃憎,研究阻抗不匹配的影響

第一步:打開(kāi)ANSYS Electronics Desktop芝囤,在project manager欄右擊project1,rename為reflection chart,保存辛萍,注意之后操作也要隨手保存悯姊,如下圖所示。

工程文件改名

第二步:加入電路設(shè)計(jì)贩毕,加入信號(hào)源悯许,元器件,探針耳幢。

右擊工程reflection chart選擇Insert->Insert Circuit Design或直接點(diǎn)擊下圖按鈕以加入電路設(shè)計(jì)

插入電路設(shè)計(jì)

插入電路設(shè)計(jì)后岸晦,軟件界面右側(cè)出現(xiàn)元件庫(kù)欧啤,如下圖所示睛藻。可以在search一欄輸入需要的器件名稱(chēng)來(lái)搜索器件并添加到電路中邢隧。本例中店印,我們需要源V_PULSE(如下圖所示),源內(nèi)阻(就是電阻)RES_倒慧,傳輸線(TRLTD_Ref_NX)按摘,分別輸入器件名稱(chēng)進(jìn)行搜索,搜索到器件之后纫谅,雙擊器件符號(hào)或左鍵拖動(dòng)到左側(cè)電路圖中炫贤,(注意放置完一個(gè)器件之后,可繼續(xù)放置該相同器件付秕,如要停止放置兰珍,右鍵finish或按空格鍵,器件位置可隨意放置之后可以修改)询吴。

如何添加電路器件

接下來(lái)設(shè)置器件的參數(shù)掠河,方法是在電路圖中雙擊該器件。電阻RES_設(shè)置為17歐姆猛计;傳輸線設(shè)置Z0=50歐姆唠摹,TD=1ns;源設(shè)置為T(mén)R=TF=0.01ns奉瘤,V1=0V勾拉,V2=1V,PW=100ns,PER=20ns藕赞,TONE=1e10.如下圖所示苛秕。注意各參數(shù)的具體含義在后邊一欄有描述。

電阻設(shè)置
傳輸線設(shè)置
源設(shè)置

設(shè)置完參數(shù)之后將器件拖動(dòng)到合適位置(電路圖在下面)找默,可右鍵rotate器件艇劫,ctrl+加號(hào)減號(hào)可放大縮小。添加接地點(diǎn)惩激,下圖所示為接地符號(hào)店煞,將電阻和傳輸線接地,點(diǎn)擊在圖中放置即可风钻。然后在圖中用線連接各器件顷蟀,用鼠標(biāo)點(diǎn)擊兩個(gè)端點(diǎn)即可,畫(huà)完一段線按空格停止連線骡技,多余的線點(diǎn)擊使其變紅再按delete即可刪除鸣个。再添加兩個(gè)探針元件觀察傳輸線兩端電壓,與之前元件添加方法相同布朦,在元件庫(kù)中搜索VPROBE添加即可囤萤,將兩個(gè)探針名字改為Vs和Vl,最終電路圖連接如下圖所示是趴。

接地
電路連接圖

第三步:設(shè)置分析涛舍,進(jìn)行仿真

在project manager中右擊analysis->add nexxim solution type->transient analysis,設(shè)置仿真步長(zhǎng)step和仿真時(shí)長(zhǎng)stop分別為0.01ns和30ns,點(diǎn)擊OK唆途,如下圖所示富雅。設(shè)置好之后,右鍵點(diǎn)擊analysis下的NexximTransient->analyse進(jìn)行仿真計(jì)算肛搬,右下角出現(xiàn)進(jìn)度條,等待仿真完成没佑。

設(shè)置瞬態(tài)分析

第四步,查看結(jié)果

在project manager中右擊result->create standard report->rectangular plot,在Quantity欄按crtl同時(shí)選中V(vl),V(Vs)温赔,然后點(diǎn)擊new report蛤奢。

創(chuàng)建結(jié)果報(bào)告


30ns仿真結(jié)果

分析:源內(nèi)阻:17歐姆Rs,傳輸線50歐姆R让腹,負(fù)載開(kāi)路远剩。

1ns,傳輸線左端為\frac{Rt}{Rt+Rg} V=\frac{50}{50+17}*1=0.75V骇窍,右端信號(hào)還沒(méi)有傳過(guò)去為0瓜晤。

1ns結(jié)束,傳輸線右端阻抗不匹配腹纳,發(fā)生反射痢掠,反射系數(shù)為1驱犹,所有2ns內(nèi)傳輸線右端電壓為0.75+0.75=1.5V,左端電壓不變足画。

2ns結(jié)束雄驹,反射信號(hào)回到傳輸線左端,阻抗不匹配淹辞,發(fā)生反射医舆,反射系數(shù)為\frac{Rs-Rt}{Rs+Rt} =\frac{17-50}{17+50}=-0.5

所以傳輸線左端電壓為原電壓+入射電壓+反射電壓=0.75+0.75+0.75*(-0.5)=1.125V

0.75*(-0.5)的反射電壓到達(dá)右端后會(huì)再次發(fā)生反射象缀,經(jīng)過(guò)這樣多次反射蔬将,才能使最終傳輸線兩端電壓相等,為負(fù)載阻抗與電源阻抗的分壓央星,本例為開(kāi)路霞怀,所以就等于源電壓。

另外又將瞬態(tài)時(shí)長(zhǎng)設(shè)置為230ns進(jìn)行仿真莉给,結(jié)果如下圖所示毙石。

230ns仿真結(jié)果

這就是振鈴現(xiàn)象。

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