In Part 1 wurde das Übersprechen auf einer Testleiterplatte mit 3 parallel verlaufenden Microstrip-Leitern messtechnisch erfasst. Für DC Signale konnte das Übersprechen durch den ohmschen Widerstand der GND-Plane nachgebildet werden. Dieser Teil stellt ein Simulationsmodell vor, dass das Übersprechen auch im Bereich der L- und C-Kopplung nachbilden kann.
Dazu wurde in einem kommerziellen Field Solver die Kapazitätsmatrix und Induktivitätsmatrix der Leiteranordnung bestimmt. Eine Alternative wäre der frei verfügbare Field Solver TNT (http://mmtl.sourceforge.net/).
Damit konnte folgende Matrix ermittelt werden:
Die Idee ist, in LTspice die Leitung in viele kleine Elemente aufzuteilen und jedem Element die Werte der C- bzw. L-Matrix zuzuweisen.
Für 4 Leiter kann ein Element in LTspice so aussehen:
Viele dieser Elemente werden in Serie geschalten. Umso höher die zu untersuchende Frequenz, desto höher muss die Anzahl der Elemente sein, in die die Leitung aufgeteilt wird.
Als hierarchisches Element eingefügt, kann das Leitungsgebilde relativ komfortabel in unterschiedlichen Simulation eingebunden werden.
Anschließend möchte ich Gegenüberstellungen zwischen gemessenen und simulierten Ergebnissen darstellen.
Zunächst die Einfügedämpfung der Microstrip-Leitung, die als Quelle für das Übersprechen dient:
Das Übersprechen auf die Leitung mit durchgehender GND-Plane:
Wie ersichtlich wird der Proximity-Effekt in der Simulation nicht berücksichtigt.
Das Übersprechen auf die Leitung mit unterbrochener GND-Plane:
Das Übersprechen im Zeitbereich mit einem relativ langsamen Signal:
Als Signalquelle diente ein Funktionsgenerator.
Ch1 - Forward Crosstalk mit durchgehender GND-Plane
Ch2 - Forward Crosstalk mit unterbrochener GND-Plane
Ch4 - Signal des mittleren Leiters, der als Störquelle dient.
Die Geometrie der Testleiterplatte erlaubt es, sie in einem 2D-Fieldsolver nachzubilden. Üblicherweise werden diese Field-Solver in SI Simulationen im Zusammenhang mit IBIS-Modellen verwendet. Mit etwas Aufwand lässt sich das Ergebnis des Field-Solvers auch in eine LTspice-Simulation übertragen. Das Modell zeigt gute Übereinstimmungen mit den Messergebnis. Lediglich frequenzabhängige Widerstände, die durch Skin-Effekt oder Proximity-Effekt entstehen lassen sich in diesem Ersatzschaltbild nicht nachbilden.
Bei genauerem Betrachten ist bei den Messungen und Simulationen eine Resonanz bei 300 Mhz zu erkennen. Im nächsten Teil soll die Ursache dafür gefunden werden. Ein Simulationsmodell, wie das in diesem Teil entwickelte, kann dazu besonders hilfreich sein.
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