ANSYS模拟信号和电源完整性的反射问题

最编程 2024-08-04 12:46:02

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记录一下自己学习ANSYS进行信号完整性与电源完整性分析过程

软件：ANSYS Electronics Desktop 2017.1

参考书：ANSYS 信号完整性和电源完整性分析与仿真实例第二版房丽丽章传芳编著

反射

一.简要原理

主要原因：瞬态阻抗不连续,包括传输线内部不连续和端接不连续。更进一步是因为阻抗不连续处要保证电压连续和电流连续，即V1=V2,I1=I2，又有Z1=V1/I1，Z2=V2/I2，Z1≠Z2时上述4式不可能成立，因此要产生反射电压以维持系统的协调稳定。

为什么重要：反射造成的下冲或者上冲会造成系统工作不稳定，是影响单网络信号质量的主要因素。

主要原理：反射系数 $\rho =\frac{V_{refl} }{V_{inc}} =\frac{Z_{2}-Z_{1}}{Z_{2}+Z_{1}}$

二.ANSYS仿真

第一次使用，所以记下具体详细操作

软件操作与HFSS很相似，归纳主要步骤为添加器件，设置器件，按电路图连接器件，设置仿真类型并求解，查看结果。

1.反弹图

内容：源电压1V，内阻17欧姆，传输线特性阻抗50欧姆，研究阻抗不匹配的影响

第一步：打开ANSYS Electronics Desktop，在project manager栏右击project1,rename为reflection chart，保存，注意之后操作也要随手保存，如下图所示。

工程文件改名

第二步：加入电路设计，加入信号源，元器件，探针。

右击工程reflection chart选择Insert->Insert Circuit Design或直接点击下图按钮以加入电路设计

插入电路设计

插入电路设计后，软件界面右侧出现元件库，如下图所示。可以在search一栏输入需要的器件名称来搜索器件并添加到电路中。本例中，我们需要源V_PULSE(如下图所示），源内阻（就是电阻）RES_，传输线（TRLTD_Ref_NX)，分别输入器件名称进行搜索，搜索到器件之后，双击器件符号或左键拖动到左侧电路图中，（注意放置完一个器件之后，可继续放置该相同器件，如要停止放置，右键finish或按空格键，器件位置可随意放置之后可以修改）。

如何添加电路器件

接下来设置器件的参数，方法是在电路图中双击该器件。电阻RES_设置为17欧姆；传输线设置Z0=50欧姆，TD=1ns；源设置为TR=TF=0.01ns，V1=0V，V2=1V，PW=100ns，PER=20ns，TONE=1e10.如下图所示。注意各参数的具体含义在后边一栏有描述。

电阻设置

传输线设置

源设置

设置完参数之后将器件拖动到合适位置（电路图在下面），可右键rotate器件，ctrl+加号减号可放大缩小。添加接地点，下图所示为接地符号，将电阻和传输线接地，点击在图中放置即可。然后在图中用线连接各器件，用鼠标点击两个端点即可，画完一段线按空格停止连线，多余的线点击使其变红再按delete即可删除。再添加两个探针元件观察传输线两端电压，与之前元件添加方法相同，在元件库中搜索VPROBE添加即可，将两个探针名字改为Vs和Vl，最终电路图连接如下图所示。

接地

电路连接图

第三步:设置分析，进行仿真

在project manager中右击analysis->add nexxim solution type->transient analysis,设置仿真步长step和仿真时长stop分别为0.01ns和30ns，点击OK，如下图所示。设置好之后，右键点击analysis下的NexximTransient->analyse进行仿真计算，右下角出现进度条,等待仿真完成。