ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №4

УДК: 621.391.825

Исследование влияния способов трассировки

дифференциальных линий передачи

на их помехоустойчивость

С.В. Власов, М.С. Мурманский, Е.С. Жечев

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

634050, г. Томск, пр. Ленина, 40.

Статья поступила в редакцию 23 января 2025 г.

Аннотация. Исследование посвящено анализу влияния способов трассировки дифференциальных линий передачи на их устойчивость к кондуктивным электромагнитным помехам (ЭМП) в дифференциальном и синфазном режимах. Проблема обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) остается актуальной в условиях роста требований к высокоскоростным интерфейсам, таким как LVDS, USB и HDMI, используемым в современных электронных системах. Возникающая в этих устройствах уязвимость к электромагнитным воздействиям требует разработки новых методов трассировки, способных эффективно подавлять как сверхширокополосные (СШП), так и узкополосные (УП) помехи. Методология исследования включает квазистатическое и электродинамическое моделирование временных и частотных характеристик линий передачи. В рамках работы были исследованы три типа трассировки проводников – меандровая, спиральная и прямая, с варьированием числа витков. Основной целью исследования является определение оптимальных схем трассировки проводников для обеспечения устойчивости дифференциальных линий передачи к СШП и УП помехам. Полученные результаты показывают, что спиральная трассировка с 9 витками наиболее эффективна для подавления СШП ЭМП в дифференциальном режиме, а прямая трассировка демонстрирует лучшее подавление УП ЭМП в синфазном режиме. Минимум амплитуды выходного напряжения для СШП ЭМП достигается при спиральной трассировке проводников с 9 витками и составляет 0,089 В (при напряжении на входе 0,5 В), а для УП ЭМП – при прямой реализации и составляет 0,112 В. Установлено, что изменение количества витков при спиральной или меандровой трассировке не влияет на частоту среза, но влияет на средние значения коэффициента передачи и коэффициента отражения от входа.

Ключевые слова: дифференциальный режим, синфазный режим, схемы трассировки, N-нормы, микрополосковая линия, временной отклик, преднамеренные электромагнитные помехи, электромагнитная совместимость.

Финансирование: Работа выполнена в рамках проекта FEWM-2024-0005 Минобрнауки России.

Автор для переписки: Мурманский Михаил Семенович, mihailmurmanskii@gmail.com

Литература

1. Medvedev A.V., Zhechev Y.S., Gazizov T.R. Experimental study of a structure with single modal reservation before and after failure // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. – 2022. – Т. 64. – №. 4. – P. 1171-1181.

2. Li W. et al. Electromagnetic compatibility prediction method under the multifrequency in-band interference environment // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. – 2017. – Т. 60. – №. 2. – P. 520-528.

3. Zou M. et al. Multi-bus protocol Controller Based on SpaceWire // 2022 International SpaceWire & SpaceFibre Conference (ISC). – IEEE, 2022. – С. 01-04.

4. Xu Y. et al. SEED modeling of an ESD gun discharge to a USB cable surrogate // 2021 IEEE International Joint EMC/SI/PI and EMC Europe Symposium. – IEEE, 2021. – P. 1159-1164.

5. Hilavin S. et al. Analysis of repeatability and uncertainty issues in radiated emission tests regarding HDMI ports // 2016 International Symposium on Electromagnetic Compatibility-EMC EUROPE. – IEEE, 2016. – P. 61-65.

6. Wang X., Fang Y. Design of Wideband Filtering Balanced-to-Unbalanced In-Phase Power Divider with High Common-Mode Suppression // 2021 SBMO/IEEE MTT-S International Microwave and Optoelectronics Conference (IMOC). – IEEE, 2021. – P. 1-3.

7. Özkök M. et al. Adjustable EMI Shielding on Electronic Packages Realized by Electrolytic Plating // 2019 IEEE CPMT Symposium Japan (ICSJ). – IEEE, 2019. – P. 191-194.

8. Костелецкий В.П. Обзор гибридных фильтров для защиты радиоэлектронных средств от кондуктивных помех // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2022. – Т. 25. – №. 1. – С. 37-47.

9. Капура И.А., Бакуменко Б.В. Анализ методов и средств защиты радиоэлектронной аппаратуры от воздействия мощных электромагнитных излучений // Системи обробки інформації. – 2010. – №. 6. – С. 87-90.

10. Терентьев Д.Е., Сторожук Н.Л. Защита оборудования и объектов связи от опасных электромагнитных влияний // Информация и космос. – 2004. – №. 3. – С. 38-45.

11. Ivantsov I.A., Mikola P.V., Surovtsev R.S. Reflections in a Meander Line Turn of Two Segments as a Resource for Suppressing UWB Excitations // 2023 IEEE 24th International Conference of Young Professionals in Electron Devices and Materials (EDM). – IEEE, 2023. – P. 410-413.

12. Samoylichenko M.A., Zhechev Y.S., Gazizov T.R. Signal Integrity Analysis of Modal Filters Formed by Modification of Microstrip Lines and Coplanar Waveguides // IEEE Electromagnetic Compatibility Magazine. – 2024. – Т. 13. – №. 1. – P. 35-41.

13. Sagiyeva I.Y. et al. Modal filter based on a microstrip line with two side conductors grounded at both ends // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. – 2023. – Т. 65. – №. 5. – P. 1371-1378.

14. Zhechev Y.S. et al. Routing technique for microwave transmission lines to ensure UWB interference immunity // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 2023. – Т. 71. – №. 12. – P. 5304-5316.

15. Vlasov S.V., Zhechev Y.S. Characteristics of Coupled Differential Pairs from the Perspective of Increasing their Immunity to Intentional Electromagnetic Interference // 2024 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). – IEEE, 2024. – P. 623-627.

16. Попов Ю.И., Попов С.И. Вычисление минимального по длине пути проводника в топологической трассировке печатного монтажа // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. – 2012. – №. 6 (82). – C. 117-122.

17. Lee C.A. et al. Delay-Matching Routing for Advanced Packages // 2023 IEEE/ACM International Conference on Computer Aided Design (ICCAD). – IEEE, 2023. – P. 1-8.

18. Wu R.B., Chao F.L. A new flat spiral routing to minimize crosstalk penalty in delay line // Proceedings of Electrical Performance of Electronic Packaging. – IEEE, 1995. – С. 203-206.

19. Compatibility E. Part 1–5: High Power Electromagnetic (HPEM) Effects on Civil Systems // Standard IEC. – 2004. – P. 61000-1.

20. Requirements for the Control of Electromagnetic Interference Characteristics of Subsystems and Equipment, MIL-STD-461F, Interface Standard. – 2007.

21. Baum C.E. Norms and eigenvector norms // Mathematics Notes. – 1979. – Т. 63. – P. 1-42.

22. Куксенко С.П. и др. Новые возможности системы моделирования электромагнитной совместимости TALGAT // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2015. – №. 2 (36). – С. 45-50.

23. Zimmerman W.B.J. Introduction to COMSOL multiphysics // Multiphysics modeling with finite element methods. – 2006. – P. 1-26.

Для цитирования:

Власов С.В., Мурманский М.С., Жечев Е.С. Исследование влияния способов трассировки дифференциальных линий передачи на их помехоустойчивость // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №. 4. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.4.13