平面腔体谐振计算与仿真

PCB的电源网络是由电介质材料隔开的两个平行金属板所组成,可以通过以下的3种方法对其谐振模式进行分析:

  1. 基于腔体模型的计算;

  2. 基于SPICE等效电路;

  3. 基于全波数值电磁算法的3D模型。

设计得当的前提下,上述3种方法可以得到相同的结果,但在实际应用中,SPICE模型由于其过于复杂的集总元件模型,已经很少被使用,更多地是基于腔体模型的计算以及3D模型的仿真。

如图所示,腔体模型基于以下的假设:

  1. 两个金属平面距离非常近,以至于电场仅有z分量,磁场仅有xy分量;

  2. 对于所关注的谐振频率,均是在z轴上所触发;

表面电流在边界处没有垂直于边界的分量,即边界上的磁场的切向分量可以忽略,因此,两个平面之间的区域可认为是由边界上的磁场壁和上下平面形成的电场壁所限定的腔体,对于加速计算而言,这无疑是非常关键的因素。

基于以上的假设,腔体中传播模的谐振频率计算公式表示如下:

平衡计算准确度和计算效率,建议m,n<=20,在如图所示的参数配置下,取值5以内所有m,n组合的计算结果,对于PCB的应用而言,已经足够使用了。

利用CST MWS工作室,建立了腔体的3D模型,并在模型中随意选取了三个离散端口进行Z阻抗矩阵的运算;

在Z矩阵参数的仿真结果中,随机观察了几个谐振点,与公式计算所得到的结果可以很好的匹配上,误差基本在+-50MHz之间。

以Port 1端口举例来说,通过旁边放置一个100nF的电容,可以对Z11的谐振点进行有效地抑制,也可以将电容的分布参数一起带入仿真,通过这种简单快速的方式,为平面去耦电容的选取提供基本的参考。

通过加入电容,可以观察到,对于谐振的抑制作用是非常明显的,因此,这个腔体计算和仿真的主要意义在于,PDN的设计中,为耦合电容的位置、容值以及数量的选择提供最基础的理论指导。

参考文献:

Signal Integrity and Radiated Emission of High-Speed Digital System, Spartaco Caniggia.

相关推荐
智者知已应修善业1 小时前
【51单片机4个IO实现16按键可扩展独立按键64矩阵驱动显示矩阵原值】2023-5-8
c++·经验分享·笔记·算法·51单片机
久菜盒子工作室12 小时前
高等教育学|第一章高等教育概述
经验分享·笔记·课程设计
庆苏_14 小时前
VitePress适合做个人博客或网站吗?
经验分享·网站制作·开发框架·vitepress·字体制作
guoluashuichuli16 小时前
锅水氯离子蒸汽冷凝水氯根锅炉给水氯根指标检测的目的及氯离子超标需要注意的六个问题
经验分享·科技
卡梅德生物科技小能手17 小时前
生物制药靶点深度解析:CD37(四跨膜蛋白)的作用机制与药物研发技术前沿
经验分享·深度学习·生活
AI偶然17 小时前
AI编程|2小时开发 10000 用户量的小程序
经验分享
R6bandito_20 小时前
自实现FLASH读取函数中的隐式类型转换bug踩坑记录
c语言·开发语言·经验分享·stm32·单片机·mcu·bug
姗姗的鱼尾喵1 天前
Java 并发编程高频面试题(含AQS/线程池/锁)
java·经验分享·面试
m0_716765231 天前
C++基础入门案例--通讯录管理系统详解
开发语言·c++·经验分享·笔记·学习·青少年编程·visual studio
愈努力俞幸运1 天前
核cpu,核gpu,芯片,核数,主频,集成显卡,独立显卡,显存,内存
经验分享