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基于HyperLynx的PCB电路信号串扰分析与仿真

基于HyperLynx的PCB电路信号串扰分析与仿真
基于HyperLynx的PCB电路信号串扰分析与仿真

(精品)精品1电路分析基础试题答案

练习一、1.分别计算图示电路中各电源的端电压和它们的功率。 (5分) 解:(a ) …………2分 (b ) 电流源: ……….1.5分 电压源: …………1.5分 2.利用电源等效变换化简各二端网络。 (6分) 解: (a) 3 .计算图示电路在开关S 打开和闭合时a 点的电位?=a U (5分) 解:开关S 打开:mA I 25.11 121 6=++-= ……..1分 V U a 25.225.111=?+= …………………1.5分 开关S 闭合:V U 8.22 141212 131=+++ = ….1分 V U U a 9.11 11 111=+-? += ….1.5分 4.求图示电路中的电流1I 和电压ab U 。 (5分) 解:A I 25 10 9.01== A A I 222.29 20 1== ……….2.5分 (a ) (b ) W U P V U 5051052=?==?=发W U P V U 1052=?==发 W P A I V U 6323252=?==-==吸,方向向下 a b a b b b b a U b

A A I I U ab 889.09 8 4)9.0(11== ?-= ……..2.5分 5.电路如图所示,求X I 。(5分) 解: 电压源单独作用:4)42(-='+X I A I X 3 2 - ='? ……..1.5分 电流源单独作用:A I X 3 2 2422=?+= '' ……..1.5分 故原图中的03 2 32=+- =''+'=X X X I I I ………..2分 6、计算图四(4)所示二端网络吸收的有功功率、无功功率,并计算其视在功率和功率因数。其中,())(2sin 25V t t u =, R 1=1Ω, R 2=2Ω。 解:端口电压为?∠=05U & . 对于2=ω, X C = - 2j , X L =1j . 端口阻抗为 ()()()()() Ω-=-++-+= j j j j j Z 34221221 (2分) 端口电流: ?-∠=-=4.18953.3345 j I & A (2分) 有功功率:()W P 75.18]4.180cos[953.35=?--??= (2分) 无功功率:VA Q 24.64.18sin 953.35=??= (2分) 视在功率:VA Q P S 764.1922=+=(1分) 功率因数:95.0cos == S P ?(1分) Ω4X I '- V 4 +Ω 2Ω 4A 2X I ''Ω 2Ω 4A 2X I - V 4 +Ω 2

五款信号完整性仿真工具介绍

现在的高速电路设计已经达到GHz的水平,高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础,必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前,Ansoft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发,对PCB设计的信号完整性问题进行动态仿真。 (一)Ansoft公司的仿真工具 现在的高速电路设计已经达到GHz的水平,高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础,必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前,Ansoft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发,对PCB设计的信号完整性问题进行动态仿真。 Ansoft的信号完整性工具采用一个仿真可解决全部设计问题: SIwave是一种创新的工具,它尤其适于解决现在高速PCB和复杂IC封装中普遍存在的电源输送和信号完整性问题。 该工具采用基于混合、全波及有限元技术的新颖方法,它允许工程师们特性化同步开关噪声、电源散射和地散射、谐振、反射以及引线条和电源/地平面之间的耦合。该工具采用一个仿真方案解决整个设计问题,缩短了设计时间。 它可分析复杂的线路设计,该设计由多重、任意形状的电源和接地层,以及任何数量的过孔和信号引线条构成。仿真结果采用先进的3D图形方式显示,它还可产生等效电路模型,使商业用户能够长期采用全波技术,而不必一定使用专有仿真器。 (二)SPECCTRAQuest Cadence的工具采用Sun的电源层分析模块: Cadence Design Systems的SpecctraQuest PCB信号完整性套件中的电源完整性模块据称能让工程师在高速PCB设计中更好地控制电源层分析和共模EMI。 该产品是由一份与Sun Microsystems公司签署的开发协议而来的,Sun最初研制该项技术是为了解决母板上的电源问题。 有了这种新模块,用户就可根据系统要求来算出电源层的目标阻抗;然后基于板上的器件考虑去耦合要求,Shah表示,向导程序能帮助用户确定其设计所要求的去耦合电容的数目和类型;选择一组去耦合电容并放置在板上之后,用户就可运行一个仿真程序,通过分析结果来发现问题所在。 SPECCTRAQuest是CADENCE公司提供的高速系统板级设计工具,通过它可以控制与PCB layout相应的限制条件。在SPECCTRAQuest菜单下集成了一下工具: (1)SigXplorer可以进行走线拓扑结构的编辑。可在工具中定义和控制延时、特性阻抗、驱动和负载的类型和数量、拓扑结构以及终端负载的类型等等。可在PCB详细设计前使用此工具,对互连线的不同情况进行仿真,把仿真结果存为拓扑结构模板,在后期详细设计中应用这些模板进行设计。 (2)DF/Signoise工具是信号仿真分析工具,可提供复杂的信号延时和信号畸变分析、IBIS 模型库的设置开发功能。SigNoise是SPECCTRAQUEST SI Expert和SQ Signal Explorer Expert进行分析仿真的仿真引擎,利用SigNoise可以进行反射、串扰、SSN、EMI、源同步及系统级的仿真。 (3)DF/EMC工具——EMC分析控制工具。 (4)DF/Thermax——热分析控制工具。 SPECCTRAQuest中的理想高速PCB设计流程: 由上所示,通过模型的验证、预布局布线的space分析、通过floorplan制定拓朴规则、由规

智慧树知道网课《电路分析基础》课后习题章节测试满分答案

第一章测试 1 【单选题】(2分) 实际电路的几何尺寸远小于其工作信号的波长,这种电路被称为() A. 集总参数电路 B. 分布参数电路 2 【单选题】(2分) 当电路中电流的参考方向与电流的真实方向相反时,该电流() A. 一定为负值 B. 一定为正值 C. 不能肯定是正值或负值 3 【单选题】(2分) 已知空间a、b两点间,电压,a点的电位为,则b点的电位为() A.

6V B. -6V C. 14V 4 【单选题】(2分) 在如图⑥所示的电路中,电阻R吸收的功率P等于() 图⑥ A. 9W B. 12W C. 4W D. 3W 5

【单选题】(2分) 某元件功率为负,说明该元件()功率,该元件是()。 ①产生②吸收③电源④负载 A. ①② B. ③④ C. ②④ D. ①③ 6 【单选题】(2分) 在图⑦中各元件功率均为10W(吸收),则U和I分别为()。 A. U=5V,I=-5A B. U=-5V,I=5A C. U=5V,I=5A D.

U=-5V,I=-5A 7 【单选题】(2分) 已知电路元件的参考方向和伏安特性如图⑧所示,则元件的电阻为()Ω。 A. 0.5 B. -0.5 C. -2 D. 2 8 【单选题】(2分)

A. -2A B. -1A C. 1A D. 3A 9 【单选题】(2分) 电路如图⑩所示,则电流源电流I允许的取值是()。 A. 1A B. 2A C.

-1A D. -2A 10 【单选题】(2分) 电流与电压为关联参考方向是指()。 A. 电流参考方向与电压升参考方向一致 B. 电流参考方向与电压降参考方向一致 C. 电流实际方向与电压降实际方向一致 D. 电流实际方向与电压升实际方向一致 第二章测试 1 【判断题】(2分) 网孔都是回路,回路不一定是网孔。 A. 对 B. 错

电路分析基础作业参考解答

电路分析基础作业参考 解答 Company number:【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

《电路分析基础》作业参考解答 第一章(P26-31) 1-5 试求题1-5图中各电路中电压源、电流源及电阻的功率(须说明是吸收还是发出)。 (a )解:标注电压如图(a )所示。 由KVL 有 故电压源的功率为 W P 302151-=?-=(发出) 电流源的功率为 W U P 105222=?=?=(吸收) 电阻的功率为 W P 20452523=?=?=(吸收) (b )解:标注电流如图(b )所示。 由欧姆定律及KCL 有 A I 35 152==,A I I 123221=-=-= 故电压源的功率为 W I P 151151511-=?-=?-=(发出) 电流源的功率为 W P 302152-=?-=(发出) 电阻的功率为 W I P 459535522 23=?=?=?=(吸收) 1-8 试求题1-8图中各电路的电压U ,并分别讨论其功率平衡。

(b )解:标注电流如图(b )所示。 由KCL 有 故 由于电流源的功率为 电阻的功率为 外电路的功率为 且 所以电路的功率是平衡的,及电路发出的功率之和等于吸收功率之和。 1-10 电路如题1-10图所示,试求: (1)图(a )中,1i 与ab u ; 解:如下图(a )所示。 因为 所以 1-19 试求题1-19图所示电路中控制量1I 及电压0U 。 解:如图题1-19图所示。 由KVL 及KCL 有 整理得 解得mA A I 510531=?=-,V U 150=。 补充题: 1. 如图1所示电路,已知图1 解:由题得 I 3 2=0

五款信号完整性仿真分析工具

SI 五款信号完整性仿真工具介绍 (一)Ansoft公司的仿真工具 现在的高速电路设计已经达到GHz的水平,高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB 设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础,必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前,An soft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发,对PCB 设计的信号完整性问题进行动态仿真。 Ansoft 的信号完整性工具采用一个仿真可解决全部设计问题: Slwave是一种创新的工具,它尤其适于解决现在高速PCB和复杂IC封装中普遍存在的电源输送和信号完整性问题。 该工具采用基于混合、全波及有限元技术的新颖方法,它允许工程师们特性化同步开关噪声、电源散射和地散射、谐振、反射以及引线条和电源/地平面之间的耦合。该工具采用一个仿真方案解决整个设计问题,缩短了设计时间。 它可分析复杂的线路设计,该设计由多重、任意形状的电源和接地层,以及任何 数量的过孔和信号引线条构成。仿真结果采用先进的3D 图形方式显示,它还可产生等效电路模型,使商业用户能够长期采用全波技术,而不必一定使用专有仿 (二)SPECCTRAQuest Cade nee的工具采用Sun的电源层分析模块: Cade nee Design System 的SpeeetraQuest PCB信号完整性套件中的电源完整性模块据称能让工程师在高速PCB设计中更好地控制电源层分析和共模EMI 。 该产品是由一份与Sun Microsystems公司签署的开发协议而来的,Sun最初研制该项技术是为了解决母板上的电源问题。 有了这种新模块,用户就可根据系统要求来算出电源层的目标阻抗;然后基于板上的器件考虑去耦合要求,Shah表示,向导程序能帮助用户确定其设计所要求的去耦合电容的数目和类型;选择一组去耦合电容并放置在板上之后,用户就可运行一个仿真程序,通过分析结果来发现问题所在。 SPECCTRAQuest是CADENCE公司提供的高速系统板级设计工具,通过它可以控制与PCB layout相应的限制条件。在SPECCTRAQuest菜单下集成了一下工具: (1)SigXplorer 可以进行走线拓扑结构的编辑。可在工具中定义和控制延时、特性阻抗、驱动和负载的类型和数量、拓扑结构以及终端负载的类型等等。可在

电路分析基础习题及参考答案

电路分析基础练习题 @复刻回忆 1-1在图题1-1所示电路中。元件A 吸收功率30W ,元件B 吸收功率15W ,元件C 产生功率30W ,分别求出三个元件中的电流I 1、I 2、I 3。 解61=I A ,32-=I A ,63=I A 1-5在图题1-5所示电路中,求电流I 和电压U AB 。 解1214=--=I A ,39442103=?+?+=AB U V 1-6在图题1-6所示电路中,求电压U 。 解U +?-=253050 V 1-8在图题1-8所示电路中,求各元件的功率。 解电阻功率:123223=?=ΩP W , 82/422= =Ω P W 电流源功率: 电压源功率: 1(44=V P W 2-7电路如图题2-7所示。求电路中的未知量。 解1262=?=S U V 2-9电路如图题2-9 3 I 解得2-8电路如图题2-8所示。已知213I I =解KCL :6021=+I I 解得451=I mA,152=I mA. R 为 6.615452.2=?=R k ? 解(a)由于有短路线,R (b)等效电阻为 2-12电路如图题2-12所示。求电路AB 间的等效电阻AB R 。 A 3R U 3W 123=P Ω

解(a)Ω=+=++=75210//10)8//82//(6//6AB R (b)Ω=+=++=612//62)104//4//(64//4AB R 3-4用电源变换的方法求如图题3-4所示电路中的电流I 。 、(c) 解ab U 3-144-2用网孔电流法求如图题4-2?????=-++=-+-+=-+0)(31580 0)(4 )(32100)(4823312322211I I I I I I I I I I I 解得: 26.91=I A ,79.22=I A , 98.33-=I A 所以79.22==I I x A 4-3用网孔电流法求如图题4-3所示电路中的功率损耗。 解显然,有一个超网孔,应用KVL 即11015521=+I I 电流源与网孔电流的关系 解得:101=I A ,42=I A 电路中各元件的功率为 200102020-=?-=V P W ,36049090-=?-=V P 1806)10520(6-=??-=A P W ,5102+?=电阻P W 显然,功率平衡。电路中的损耗功率为740W 。 4-10用节点电压法求如图题4-10所示电路中的电压0U 。 解只需列两个节点方程 解得 501=U V ,802=U V 所以 1040500=-=U V 4-13电路如图题4-13解由弥尔曼定理求解 开关S 打开时: 20/140/120/30040/300-=+-=U 1Ω4I 6I 12I 2I 0V

电路分析基础习题及答案

电路分析基础 练习题 @ 微笑、敷衍心痛。 1-1 在图题1-1所示电路中。元件A 吸收功率30W ,元件B 吸收功率15W ,元件C 产生功率30W ,分别求出三个元件中的电流I 1 、I 2 、I 3。 解 61=I A ,32-=I A ,63=I A 1-5 在图题1-5所示电路中,求电流I 和电压U AB 。 解 1214=--=I A ,39442103=?+?+=AB U V 1-6 在图题1-6所示电路中,求电压U 。 解 U +?-=253050,即有 30=U V 1-8 在图题1-8所示电路中,求各元件的功率。 解 电阻功率:12322 3=?=ΩP W , 82/422==ΩP W 电流源功率:0)6410(22=--=A P , 4141-=?-=A P W + -V 51 I A 2 I B - +V 5-+ - V 53 I C 图题1-1 Ω 3V 5-+-+ V 4Ω 1Ω 22 I 1 I - + - + Ω 5V 30A 2U - + V 50图题1-6 图题1-7 V 10Ω 3-+ Ω 2A 2A 1-+ V 4

电压源功率:2021010-=?-=V P W , 4)221(44=-+=V P W 2-7 电路如图题2-7所示。求电路中的未知量。 解 1262=?=S U V 3 4 9122== I A 112/12/33===S U P I A 3/1313/420=++=I A Ω== 12112 3R Ω===13 36 3/13120I U R S eq 2-9 电路如图题2-9所示。求电路中的电流1I 。 解 从图中可知,2Ω与3Ω并联, 由分流公式,得 1123553 I I I =?= 11 1 3==I A 所以,有 131321+=+=I I I I 解得 5.01-=I A 2-8 电路如图题2-8所示。已知213I I =,求电路中的电阻R 。 解 KCL :6021=+I I 213I I = 解得 451=I mA, 152=I mA. R 为 6.615 45 2.2=?=R k Ω 解 (a)由于有短路线,Ω=6AB R , (b) 等效电阻为 Ω=+=++=1.15 .25 .15.01//)1//11(1//1AB R 2-12 电路如图题2-12所示。求电路AB 间的等效电阻AB R 。 I 3 R Ω6Ω 9eq R S U A 22 I 3I W 123=P 图题2-7 V 1- + Ω 3Ω 1Ω 21 I 1 5I 图题2-9 2 I 3I Ω k 2.2R 0mA 62 I 1I 图题2-8

DDR3信号完整性与电源完整性设计

DesignCon 2011 Signal and Power Integrity for a 1600 Mbps DDR3 PHY in Wirebond Package June Feng, Rambus Inc. [Email: jfeng@https://www.doczj.com/doc/821633211.html,] Ralf Schmitt, Rambus Inc. Hai Lan, Rambus Inc. Yi Lu, Rambus Inc.

Abstract A DDR3 interface for a data rate of 1600MHz using a wirebond package and a low-cost system environment typical for consumer electronics products was implemented. In this environment crosstalk and supply noise are serious challenges and have to be carefully optimized to meet the data rate target. We are presenting the signal and power integrity analysis used to optimize the interface design and guarantee reliable system operation at the performance target under high-volume manufacturing conditions. The resulting DDR3 PHY was implemented in a test chip and achieves reliable memory operations at 1600MHz and beyond. Authors Biography June Feng received her MS from University of California at Davis, and BS from Beijing University in China. From 1998 to 2000, she was with Amkor Technology, Chandler, AZ. She was responsible for BGA package substrate modeling and design and PCB characterization. In 2000, she joined Rambus Inc and is currently a senior member of technical staff. She is in charge of performing detailed analysis, modeling, design and characterization in a variety of areas including high-speed, low cost PCB layout and device packaging. Her interests include high-speed interconnects modeling, channel VT budget simulation, power delivery network modeling and high-frequency measurements. Ralf Schmitt received his Ph.D. in Electrical Engineering from the Technical University of Berlin, Germany. Since 2002, he is with Rambus Inc, Los Altos, California, where he is a Senior Manager leading the SI/PI group, responsible for designing, modeling, and implementing Rambus multi-gigahertz signaling technologies. His professional interests include signal integrity, power integrity, clock distribution, and high-speed signaling technologies. Hai Lan is a Senior Member of Technical Staff at Rambus Inc., where he has been working on on-chip power integrity and jitter analysis for multi-gigabit interfaces. He received his Ph.D. in Electrical Engineering from Stanford University, M.S. in Electrical and Computer Engineering from Oregon State University, and B.S. in Electronic Engineering from Tsinghua University in 2006, 2001, and 1999, respectively. His professional interests include design, modeling, and simulation for mixed-signal integrated circuits, substrate noise coupling, power and signal integrity, and high-speed interconnects. Yi Lu is a senior systems engineer at Rambus Inc. He received the B.S. degree in electrical engineer and computer science from U.C. Berkeley in 2002 with honors. In 2004, he received the M.S. degree in electrical engineering from UCLA, where he designed and fabricated a 3D MEMS microdisk optical switch. Since joining Rambus in 2006, he has been a systems engineer designing various memory interfaces including XDR1/2 and DDR2/3.

开关电源(Buck电路)的小信号模型及环路设计

开关电源(Buck电路)的小信号模型及环路设计 万山明,吴芳 (华中科技大学电气与电子工程学院,湖北武汉430074) 摘要:建立了Buck电路在连续电流模式下的小信号数学模型,并根据稳定性原则分析了电压模式和电流模式控制下的环路设计问题。 关键词:开关电源;小信号模型;电压模式控制;电流模式控制 0 引言 设计一个具有良好动态和静态性能的开关电源时,控制环路的设计是很重要的一个部分。而环路的设计与主电路的拓扑和参数有极大关系。为了进行稳定性分析,有必要建立开关电源完整的小信号数学模型。在频域模型下,波特图提供了一种简单方便的工程分析方法,可用来进行环路增益的计算和稳定性分析。由于开关电源本质上是一个非线性的控制对象,因此,用解析的办法建模只能近似建立其在稳态时的小信号扰动模型,而用该模型来解释大范围的扰动(例如启动过程和负载剧烈变化过程)并不完全准确。好在开关电源一般工作在稳态,实践表明,依据小信号扰动模型设计出的控制电路,配合软启动电路、限流电路、钳位电路和其他辅助部分后,完全能使开关电源的性能满足要求。开关电源一般采用Buck电路,工作在定频PWM控制方式,本文以此为基础进行分析。采用其他拓扑的开关电源分析方法类似。 1 Buck电路电感电流连续时的小信号模型 图1为典型的Buck电路,为了简化分析,假定功率开关管S和D1为理想开关,滤波电感L为理想电感(电阻为0),电路工作在连续电流模式(CCM)下。R e为滤波电容C的等效串联电阻,R o为负载电阻。各状态变量的正方向定义如图1中所示。 图1 典型Buck电路

S 导通时,对电感列状态方程有 O U Uin dt dil L -= ⑴ S 断开,D 1续流导通时,状态方程变为 O U dt dil L -= (2) 占空比为D 时,一个开关周期过程中,式(1)及式(2)分别持续了DT s 和(1-D )T s 的时间(T s 为开关周期),因此,一个周期内电感的平均状态方程为 ())()(O in O O in U DU U D U U D dt dil L -=--+-=1 稳态时,dt dil =0,则DU in =U o 。这说明稳态时输出电压是一个常数,其大小与占空比D 和输入电压U in 成 正比。 由于电路各状态变量总是围绕稳态值波动,因此,由式(3)得 L =(D +d )(U in +)-(U o +) (4) 式(4)由式(3)的稳态值加小信号波动值形成。上标为波浪符的量为波动量,d 为D 的波动量。式(4)减式(3)并略去了两个波动量的乘积项得 L =D +dU in - (5) 由图1,又有 i L =C + (6) U o =U c +R e C (7)

《信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计》

信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计 1简介 信号完整性是指信号在通过一定距离的传输路径后在特定接收端口相对指定发送端口信号的还原程度。在讨论信号完整性设计性能时,如指定不同的收发参考端口,则对信号还原程度会用不同的指标来描述。通常指定的收发参考端口是发送芯片输出处及接收芯片输入处的波形可测点,此时对信号还原程度主要依靠上升/下降及保持时间等指标来进行描述。而如果指定的参考收发端口是在信道编码器输入端及解码器输出端时,对信号还原程度的描述将会依靠误码率来描述。 电源完整性是指系统供电电源在经过一定的传输网络后在指定器件端口相对该器件对工作电源要求的符合程度。同样,对于同一系统中同一个器件的正常工作条件而言,如果指定的端口不同,其工作电源要求也不同(在随后的例子中将会直观地看到这一点)。通常指定的器件参考端口是芯片电源及地连接引脚处的可测点,此时该芯片的产品手册应给出该端口处的相应指标,常用纹波大小或者电压最大偏离范围来表征。 图一是一个典型背板信号传输的系统示意图。本文中“系统”一词包含信号传输所需的所有相关硬件及软件,包括芯片、封装与PCB板的物理结构,电源及电源传输网络,所有相关电路实现以及信号通信所需的协议等。从设计目的而言,需要硬件提供可制作的支撑及电信号有源/无源互联结构;需要软件提供信号传递的传输协议以及数据内容。

图1 背板信号传输的系统示意图 在本文的以下内容中,将会看到由于这些支撑与互联结构对电信号的传输呈现出一定的频率选择性衰减,从而会使设计者产生对信号完整性及电源完整性的担忧。而不同传输协议及不同数据内容的表达方式对相同传输环境具备不同适应能力,使得设计者需要进一步根据实际的传输环境来选择或优化可行的传输协议及数据内容表达方式。 为描述方便起见以下用“完整性设计与分析”来指代“信号完整性与电源完整性设计与分析”。 2 版图完整性问题、分析与设计 上述背板系统中的硬件支撑及无源互联结构基本上都在一种层叠平板结构上实现。这种层叠平板结构可以由三类元素组成:正片结构、负片结构及通孔。正片结构是指该层上的走线大多为不同逻辑连接的信号线或离散的电源线,由于在制版光刻中所有的走线都会以相同图形的方式出现,所以被称为正片结构,有时也被称为信号层;负片结构则是指该层上基本上是相同逻辑连接的一个或少数几个连接(通常是电源连接或地连接),通常会以大面积敷铜的方式来实现,此时光刻工艺中用相反图形来表征更加容易,所以被称为负片结构,有时也称为平面层(细分为电源平面层和地平面层);而通孔用来进行不同层之间的物理连接。目前的制造工艺中,无论是芯片、封装以及PCB 板大多都是在类似结构上实现。 1001010… -0.50.00.51.01.5 -1.0 2.0V c o r e , V

第四章 放大电路基础(2)小信号模型及三种基本电路2016 [兼容模式]

§4.3 放大电路的分析方法 ——小信号模型分析法
思路:在Q点附近,三极管特性曲线可近似看为线性的,把非线性问题转为 线性问题求解。条件:输入为交流小信号(微变信号) 式中各量均是全量,包 一、H参数等效电路: 含直流和交流两部分
1、H参数的导出:
v BE = VBE + vbe
iB = I B + ib iC = I C + ic
iC iB
+
vCE = VCE + vce
vBE=f1 (iB , vCE ) iC=f 2 (iB , vCE )
电气工程学院 苏士美
T
+
输入回路关系 输出回路关系
v BE 2016/3/7
PDF pdfFactory Pro
v CE -
1
https://www.doczj.com/doc/821633211.html,

小信号模型分析法
考虑微变关系,对两式取全微分:
vBE=f1 (iB , vCE ) iC=f 2 (iB , vCE )
式中: dvBE = vbe , diB = ib , dvCE = vce , diC = ic
dvBE=
?vBE ?iB
? diB +
vCE
?vBE ?vCE
? dvCE
iB
vbe=hie ib + hre vce
在小信号情况下: H参数,具有不同的 量纲,混合参数
共e下BJT的输入 电阻rbe(欧姆) 电流放大系数β
输出对输入的反作 用μr(无量纲) 输出电导1/rce
?iC diC= ?iB
2016/3/7
PDF pdfFactory Pro
vCE
?iC ? diB + ?vCE
? dvCE
iB
电气工程学院 苏士美
ic=hfe ib + hoe vce
2
https://www.doczj.com/doc/821633211.html,

《 电路分析基础 》课程练习题及答案

电路分析基础 第一章 一、 1、电路如图所示, 其中电流I 1为 答( A ) A 0.6 A B. 0.4 A C. 3.6 A D. 2.4 A 3Ω 6Ω 2、电路如图示, U ab 应为 答 ( C ) A. 0 V B. -16 V C. 0 V D. 4 V 3、电路如图所示, 若R 、U S 、I S 均大于零,, 则电路的功率情况为 答( B ) A. 电阻吸收功率, 电压源与电流源供出功率 B. 电阻与电流源吸收功率, 电压源供出功率 C. 电阻与电压源吸收功率, 电流源供出功率 D. 电阻吸收功率,供出功率无法确定

U I S 二、 1、 图示电路中, 欲使支路电压之比 U U 1 2 2=,试确定电流源I S 之值。 I S U 解: I S 由KCL 定律得: 2 23282 22U U U ++= U 248 11 = V 由KCL 定律得:04 2 2=+ +U I U S 11 60 - =S I A 或-5.46 A 2、用叠加定理求解图示电路中支路电流I ,可得:2 A 电流源单独作用时,I '=2/3A; 4 A 电流源单独作用时, I "=-2A, 则两电源共同作用时I =-4/3A 。

3、图示电路ab 端的戴维南等效电阻R o = 4 Ω;开路电压 U oc = 22 V 。 b a 2 解:U=2*1=2 I=U+3U=8A Uab=U+2*I+4=22V Ro=4Ω 第二章 一、 1、图示电路中,7 V 电压源吸收功率为 答 ( C ) A. 14 W B. -7 W C. -14 W D. 7 W 2、图示电路在t =0时开关闭合,t ≥0时u t C ()为 答 (D )

五款信号完整性仿真分析工具

SI五款信号完整性仿真工具介绍 (一)Ansoft公司的仿真工具 现在的高速电路设计已经达到GHz的水平,高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础,必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前,Ansoft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发,对PCB设计的信号完整性问题进行动态仿真。 Ansoft的信号完整性工具采用一个仿真可解决全部设计问题: SIwave是一种创新的工具,它尤其适于解决现在高速PCB和复杂IC封装中普遍存在的电源输送和信号完整性问题。 该工具采用基于混合、全波及有限元技术的新颖方法,它允许工程师们特性化同步开关噪声、电源散射和地散射、谐振、反射以及引线条和电源/地平面之间的耦合。该工具采用一个仿真方案解决整个设计问题,缩短了设计时间。 它可分析复杂的线路设计,该设计由多重、任意形状的电源和接地层,以及任何数量的过孔和信号引线条构成。仿真结果采用先进的3D图形方式显示,它还可产生等效电路模型,使商业用户能够长期采用全波技术,而不必一定使用专有仿真器。 (二)SPECCTRAQuest Cadence的工具采用Sun的电源层分析模块: Cadence Design Systems的SpecctraQuest PCB信号完整性套件中的电源完整性模块据称能让工程师在高速PCB设计中更好地控制电源层分析和共模EMI。 该产品是由一份与Sun Microsystems公司签署的开发协议而来的,Sun最初研制该项技术是为了解决母板上的电源问题。 有了这种新模块,用户就可根据系统要求来算出电源层的目标阻抗;然后基于板上的器件考虑去耦合要求,Shah表示,向导程序能帮助用户确定其设计所要求的去耦合电容的数目和类型;选择一组去耦合电容并放置在板上之后,用户就可运行一个仿真程序,通过分析结果来发现问题所在。 SPECCTRAQuest是CADENCE公司提供的高速系统板级设计工具,通过它可以控制与PCB layout相应的限制条件。在SPECCTRAQuest菜单下集成了一下工具: (1)SigXplorer可以进行走线拓扑结构的编辑。可在工具中定义和控制延时、特性阻抗、驱动和负载的类型和数量、拓扑结构以及终端负载的类型等等。可在

《电路分析基础》作业参考解答

《电路分析基础》作业参考解答 第一章(P26-31) 1-5 试求题1-5图中各电路中电压源、电流源及电阻的功率(须说明是吸收还是发出)。 (a )解:标注电压如图(a )所示。 由KVL 有 故电压源的功率为 W P 302151-=?-=(发出) 电流源的功率为 W U P 105222=?=?=(吸收) 电阻的功率为 W P 20452523=?=?=(吸收) (b )解:标注电流如图(b )所示。 由欧姆定律及KCL 有 A I 35 152==,A I I 123221=-=-= 故电压源的功率为 W I P 151151511-=?-=?-=(发出) 电流源的功率为 W P 302152-=?-=(发出) 电阻的功率为 W I P 459535522 23=?=?=?=(吸收) 1-8 试求题1-8图中各电路的电压U ,并分别讨论其功率平衡。 (b )解:标注电流如图(b )所示。 由KCL 有 故 由于电流源的功率为 电阻的功率为 外电路的功率为 且 所以电路的功率是平衡的,及电路发出的功率之和等于吸收功率之和。 1-10 电路如题1-10图所示,试求: (1)图(a )中,1i 与ab u ; 解:如下图(a )所示。 因为 所以 1-19 试求题1-19图所示电路中控制量1I 及电压0U 。 解:如图题1-19图所示。 由KVL 及KCL 有 整理得 解得mA A I 510531=?=-,V U 150=。

题1-19图 补充题: 1. 如图1所示电路,已知 , ,求电阻R 。 图1 解:由题得 因为 所以 2. 如图2所示电路,求电路中的I 、R 和s U 。 图2 解:用KCL 标注各支路电流且标注回路绕行方向如图2所示。 由KVL 有 解得A I 5.0=,Ω=34R 。 故 第二章(P47-51) 2-4 求题2-4图所示各电路的等效电阻ab R ,其中Ω==121R R ,Ω==243R R ,Ω=45R ,S G G 121==, Ω=2R 。 解:如图(a )所示。显然,4R 被短路,1R 、2R 和3R 形成并联,再与5R 串联。 如图(c )所示。 将原电路改画成右边的电桥电路。由于Ω==23241R R R R ,所以该电路是一个平衡电桥,不管开关S 是否闭合,其所在支路均无电流流过,该支路既可开路也可短路。 故 或 如图(f )所示。 将原电路中上边和中间的两个Y 形电路变换为?形电路,其结果如下图所示。 由此可得 2-8 求题2-8图所示各电路中对角线电压U 及总电压ab U 。 题2-8图 解:方法1。将原电路中左边的?形电路变换成Y 形电路,如下图所示: 由并联电路的分流公式可得 A I 14 12441=+?=,A I I 314412=-=-= 故 方法2。将原电路中右边的?形电路变换成Y 形电路,如下图所示: 由并联电路的分流公式可得 A I 2.16 14461=+?=,A I I 8.22.14412=-=-= 故 2-11 利用电源的等效变换,求题2-11图所示各电路的电流i 。 题2-11图 解:电源等效变换的结果如上图所示。 由此可得 V U AB 16=A I 3 2=

信号完整性分析在电路设计中的应用

信号完整性分析在电路设计中的应用 引言:随着IC设计生产工艺的进步和数字电路性能要求的提高,信号完整性分析,串扰分析和EMC分析在数字电路设计中占有越来越重要的地位。很多EDA公司纷纷也推出了先进的信号完整性分析工具以及高速电路规则驱动的布线器;而设计师也需要将这些工具溶入到现有的设计流程中,有效提高设计质量。本文将探讨信号完整性前仿真,设计规则空间探测,和后仿真验证在实际电路设计中的应用,并以Motorola MPC8240 CPU单板设计为例,介绍如何将信号完整性分析应用在电路设计中。 关键词: 信号完整性,串扰,EMC,拓朴,设计空间探测 虚拟样机验证、前仿真分析,对于还习惯于原理图设计→硬件实现→样机调试的传统设计流程的工程师来讲,不仅能够有效提高一次设计的成功率,而且,通过扫描分析、设计空间探测,可以有效发现实现信号完整性的有效布线策略,加快设计进度。 在某CPU单板的设计当中,采用的核心芯片为Motorola MPC8240,系统的时钟和信号速率最高能够达到133MHz;而且,该设计中,由于部分数据,地址信号同时用于系统上电时的数据下载,信号拓朴结构比较复杂;由于要求存储空间大,CPU外围SDRAM需要多个器件,以满足数据总线宽度要求,这样,多个SDRAM数据读写同步就十分关键;MPC8240为1mm间距的BGA封装,I/0信号和内核采用不同电压,因此布线以及电源去耦也很困难。 基于拓朴结构的前仿真分析 在原理图即将设计完成之际,原理图作者与PCB设计和信号完整性分析工程师进行充分的沟通:一方面,使PCB设计和信号完整性分析工程师能够充分理解该设计的工作原理,主要信号的流向,以及所担心的高速设计问题;另一方面,PCB设计和信号完整性分析工程师预见设计中可能的困难,与原理图设计工程师协商,以便采取合适的解决方案。由于这个阶段,原理图尚未完成,所有的预见和推断都是通过拓朴结构来实现。具体工作包括以下几个方面。 1.搜集并验证器件的仿真模型。 搜集模型是仿真的第一步,一般可以通过三种途径搜索到需要的模型,首先是一些EDA厂商提供的验证过的模型,如Mentor Graphics公司ICX提供Qualified IBIS Model。这些模型一般都经过验证,可以直接拿来使用,但数量不是很多。其 次就是利用internet搜索,大部分的数字器件厂商都会在其网站上提供其器件模型,但是由于网站上资源太多(如intel, TI的),不容易一下找到。一般可以通过EDA 厂商或EIA提供的链接很快搜索到,常用的有 https://www.doczj.com/doc/821633211.html,/pcb/ibis_modeling.html或 https://www.doczj.com/doc/821633211.html,/ibis/ibis.htm。再有就是直接向器件厂商或代理索取。后两种 方法得到的模型一般质量无法得到保证,都需要编辑校正,常用的IBIS模型验证 编辑器是Mentor Graphics公司的Hyperlynx提供的Visual IBIS Editor,可以检查模 型曲线和一般语法错误,该工具可以从https://www.doczj.com/doc/821633211.html,/pads/highspeed.html 免费下载。 2.创建拓朴结构仿真,选取合适的I/O配置,互连方式和匹配值。 MPC8240的数据和地址信号可以配置成不同的阻抗,如8欧姆,13欧姆,20欧姆和40欧姆,选取哪种阻抗需要根据负载的情况和工作频率的不同而定。根据

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