СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 7/2016

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 74 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2016 Эффективная оптимизация характеристик высокочастотных печатных плат Прогнозирование таких эффектов, как взаимовлияние при плотном монтаже, и соответствующая оптимизация конструкции до передачи изделия в производство становится сейчас абсолютно необходимым этапом разработки, которому и посвящена данная статья. Джек Сифри, Keysight Technologies Современные инженеры, работа- ющие с устройствами ВЧ- и СВЧ-диа- пазона, сталкиваются с целым рядом задач. Одной из них является проек- тирование ИС и высокочастотных печатных плат малых размеров с высо- кой плотностью монтажа. Сложности порождаются здесь близким располо- жением компонентов и взаимовлияни- ем, что сказывается на характеристи- ках и, в конечном итоге, может приве- сти к нарушению работы схемы. Оптимизировать конструкцию изде- лия до передачи его в производствомож- но с помощью средств электромагнит- ного (ЭМ) моделирования, однако этот подход может оказаться весьма трудоём- ким. Сначала конструктор должен уда- лить с платы все активные устройства и компоненты поверхностного монта- жа (SMD), назначить и разместить порты и выполнить ЭМ-моделирование. Затем создаются так называемые Look-Alike символыкомпонентов для размещения в схеме. И, наконец, активные устрой- ства и компоненты SMD возвращаются на своиместа, иЭМ-модель используется для моделирования устройства в целом. Легкопонять, почему этот традицион- ныйподходможетоказаться трудоёмким и длительным, особенно если исследуе- маяплата содержит сотниилидаже тыся- чи компонентов. Оптимизация схемы с такимколичествомкомпонентовпотре- буетмножествашаговинажатийкнопок, что значительно замедляет процесс. К счастью, новый подход обещает снизить трудоёмкость, предлагая раз- работчикам более простой и автомати- зированный способ быстрой оптимиза- ции платы до требуемых характеристик с учётом ЭМ-влияния соединитель- ных линий и взаимных наводок. Этот подход использует функции разделе- ния цепей и совместного моделиро- вания, имеющиеся в САПР Advanced Design System (ADS) компании Keysight, и включает четыре простых шага: 1. Создание схемы верхнего уровня, на которой выбирается область, подле- жащая моделированию. 2. Выбор метода совместного ЭМ-мо- делирования (emCosim) на странице ЭМ-настроек. Автоматическая гене- рация представления топологии для ЭМ-анализа. 3. Запуск ADS Momentum/FEM и выпол- нение ЭМ-моделирования. 4. Выбор нужного представления (emCosim) для выполнения модели- рования из схемы верхнего уровня. Вывод результатов на экран. Р ЕАЛЬНЫЙ ПРИМЕР Хотя каждый из этих шагов доста- точно понятен, полезно рассмо- треть этапы данного процесса на конкретном примере. В этом приме- ре исследуется плата двухкаскадно- го ВЧ-усилителя (см. рис. 1). Снача- ла нужно открыть топологию двух- каскадного ВЧ-усилителя в САПР ADS. Затем необходимо открыть страницу ЭМ-настроек, щёлкнув на соответству- ющем значке. На этой странице в раз- деле Setup Type (Тип настройки) нужно выбрать EM Cosimulation (совместное ЭМ-моделирование) (см. рис. 1). Кро- ме того, если разработчик хочет вер- нуться к более традиционному под- ходу, то в качестве типа настройки можно выбрать EM Simulation/Model (ЭМ-симуляция/модель). После выбора совместного ЭМ-моде- лирования нужно кликнуть на Parti- tioning (Разделение) на вкладках страницы ЭМ-настроек. Откроется страница разделения, показывающая компоненты (например, конденсато- ры, дроссели и транзисторы) и их соот- ветствующие правила разделения. Все SMD-компоненты будут моделировать- ся с помощью их схемотехнических моделей, тогда как соединительные линии платы будут моделироваться с помощью их ЭМ-моделей топологии. Чтобысоздать представление emCosim, нужно просто щёлкнуть на кнопке Go (Пуск). Программа автоматически соз- даёт представление, удаляет компонен- тыиразмещает порты, причёмбез каких- либо ручных операций. Это представ- ление позволяет переключаться между разнымипредставлениямиивыполнять разнообразныемоделирования, а также сравнивать разные модели (например, схемы, топологии и ЭМ-модели). После автоматическогосозданияпред- ставления мы возвращаемся в основное окно САПР ADS. Теперь здесь имеются три представления двухкаскадного уси- лителя: моделиemCosim(ЭМ-модельпла- ты+модель схемыс SMD-компонентами), моделитопологииимоделисхемы. Кроме того, автоматическисоздаётсяноваяячей- ка (Two_Stage_Amp_emCosim), которая используется дляЭМ-моделированияпла- ты. Для проведения ЭМ-моделирования в этой ячейке автоматически удаляются SMD-компоненты и автоматически рас- ставляются порты. На следующем этапе выполняется мо- делирование. Достаточно просто щёлк- нуть на значке emCosim, после чего от- крывается окно с ячейкой Two_Stage_ Amp_ emCosim. Затемвыбираемвкладку Database (Базаданных), котораяпозволя- етинициализироватьЭМ-моделирование вMomentumиполучитьЭМ-модельпечат- ныхпроводниковплаты. Результатыавто- матически сохраняются в базе данных. Теперь, когда у нас есть все необхо- димые данные, можно выбрать нуж- ное представление (схему, топологию или emCosim) и начать моделирова- ние с выводом результатов. Затем мож- но выбрать другое представление и запу- стить моделирование ещё раз. Для двух- каскадногоВЧ-усилителя быливыбраны представления схемы и emCosim. Для удобства сравнения результаты обоих представлений сведенывместе на рисун- ке 2. Здесь краснымцветомпоказана АЧХ усилителя с электрическими моделями компонентовибез ЭМ-моделипечатной платы. Синяя криваяпоказывает характе- ристику emCosimусилителя с электриче- скимимоделямикомпонентови с добав- ленной ЭМ-модельюпечатной платы. Из полученных результатов видно, что максимум АЧХ усилителя соответ-