ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2024, № 6 · СМЕЖНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Параметрическая оптимизация асимметричных многопроводных линий передачи с учетом комбинационных импульсов

Е.Б. Черникова1

1 Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Томск, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2024.6.11 УДК 621.391.825 EDN WNQUKV

Аннотация

Линии передачи являются значимыми элементами и играют важную роль в определении производительности, надежности и функциональности радиоэлектроники. Ряд факторов, возникающих при использовании линий передачи, может привести к проблемам в области электромагнитной совместимости. Одним из них является возникновение асимметрии в следствие появления неоднородностей, погрешностей при изготовлении печатных плат, плотной трассировки, рассогласования и др. В работе рассматривается влияние асимметрии на характеристики линий передачи с неоднородным диэлектрическим заполнением. Выявлено, что асимметрия поперечного сечения и/или граничных условий приводит к появлению комбинационных импульсов. Комбинационные импульсы представляют интерес, так как время их прихода не соответствуют погонным задержкам мод, распространяющихся в линиях передачи, а состоят из их комбинаций. Их уровень может быть сопоставимым с уровнем информационных сигналов, что в результате может привести к искажению или потере полезной информации. Между тем асимметрия и, возникающие из-за нее комбинационные импульсы, представляют из себя новый ресурс для улучшения характеристик устройств на основе линий передачи, которые могут использоваться для защиты радиоэлектроники от электромагнитных помех пико- и наносекундной длительности. Впервые выполнена оптимизация параметров с учетом комбинационных импульсов на примере трех схем симметричных многопроводных линий передачи с асимметрией оконечных нагрузок: с опорным проводником в виде боковых полигонов и зеркально-симметричной. С помощью генетического алгоритма получены оптимальные параметры, которые позволяют уменьшить значение максимальной амплитуды в 1,5 раза, а также параметры, позволяющие увеличить в 2 раза минимальное значение временного интервала между импульсами разложения, от которого зависит возможность полного разложения помехового импульса, по сравнению со значениями, полученными в исходной схеме, где нет комбинационных импульсов при тех же габаритах устройств. Результаты оптимизации демонстрируют эффективность использования ресурса комбинационных импульсов для совершенствования защитных структур на основе линий передачи с неоднородным диэлектрическим заполнением.

  • радиоэлектроника
  • электромагнитная совместимость
  • линии передачи
  • временной отклик
  • комбинационные импульсы
  • оптимизация
Abstract (in English)

Parametric optimization of asymmetric multiconductor transmission lines taking into account combinational pulses

Transmission lines are significant elements and play an important role in determining the performance, reliability and functionality of radio electronics. A number of factors appearing in the use of transmission lines can lead to problems in the field of electromagnetic compatibility. One such factor is the appearance of asymmetry due to inhomogeneities, PCB manufacturing errors, dense tracing, mismatch, etc. The paper considers the effect of asymmetry on the characteristics of transmission lines with inhomogeneous dielectric filling. It is found that asymmetry of cross section and/or boundary conditions leads to the appearance of combinational pulses. Combination pulses are of interest because their arrival times do not correspond to the per-unit-length delays of the modes propagating in the transmission lines, but consist of their combinations. Their level may be comparable to the level of information signals, which may result in distortion or loss of useful information. Meanwhile, asymmetry and the resulting combinational pulses represent a new resource for improving the performance of devices based on transmission lines, which can be used to protect radio electronics from electromagnetic interference of picosecond and nanosecond duration. For the first time the optimization of parameters taking into account combinational pulses is carried out on the example of three diagrams of symmetric multiconductor transmission lines with asymmetry of termination loads: reflection symmetric and with a reference conductor in the form of side polygons. Using the genetic algorithm, the optimal parameters are obtained, which allow to reduce the value of the maximum amplitude by 1.5 times, as well as the parameters allowing to increase in 2 times the minimum value of the time interval between the decomposition pulses, on which depends the possibility of complete decomposition of the interference pulse, compared to the value obtained in the initial diagram with optimized parameters, where there are no combinational pulses at the same device dimensions. The optimization results demonstrate the efficiency of using the resource of combinational pulses to improve protective structures based on transmission lines with inhomogeneous dielectric filling.

Для цитирования

Черникова Е.Б. Параметрическая оптимизация асимметричных многопроводных линий передачи с учетом комбинационных импульсов // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – № 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.6.11

Литература

  1. Li E. P. et al. Progress review of electromagnetic compatibility analysis technologies for packages, printed circuit boards, and novel interconnects // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. - 2010. - Vol. 52. - №2. - P. 248-265. https://www.doi.org/10.1109/TEMC.2010.2048755
  2. Maini A.K. Digital electronics: principles, devices and applications. - John Wiley & Sons, 2007. - 752 p.
  3. Тай Н.В., Кириллов В.Ю. Перекрестные помехи во внутреннем пространстве бортового приборного модуля // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2021. - №. 2. - С. 563-568.
  4. Verma A.K., Kumar R., Sadr G.H. Pulse distortion on multilayer microstrip line // 1993 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. - Atlanta, GA, USA, 1993. - P. 861-864. https://www.doi.org/10.1109/MWSYM.1993.277022
  5. Ling F., Cai K., Sen B. Fast full board crosstalk scan for signal integrity sign-off for high-speed PCB designs // 2018 IEEE Symposium on Electromagnetic Compatibility, Signal Integrity and Power Integrity (EMC, SI & PI). - Piscataway, NJ, 2018. - P. 122-125. https://www.doi.org/10.1109/EMCSI.2018.8495173
  6. Сычёв А.Н. Управляемые СВЧ устройства на многомодовых полосковых структурах / Под. ред. Н.Д. Малютина. - Томск: НИ ТГУ, 2001. - 318 с.
  7. Gazizov A.T., Zabolotsky A.M., Gazizov T.R. UWB pulse decomposition in simple printed structures // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. - 2016. - Vol. 58. - №4. - P.1136-1142. https://www.doi.org/10.1109/TEMC.2016.2548783
  8. Gazizov T.R., Zabolotsky A.M. New approach to EMC protection // 2007 18th International Zurich Symposium on Electromagnetic Compatibility. - Munich, Germany, 2007. - P. 273-276. https://www.doi.org/10.1109/EMCZUR.2007.4388248
  9. Paul C.R. On uniform multimode transmission lines // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 1973. - №8. - P. 556-558. https://www.doi.org/10.1109/TMTT.1973.1128059
  10. Hall S.H., Heck H.L. Advanced signal integrity for high-speed digital designs. - Wiley-IEEE Press. - 2009. - 680 p.
  11. Сычев А.Н., Рудый Н.Ю. Параметры несимметричных связанных линий с неоднородным диэлектриком // Доклады ТУСУР. - 2018. - Т. 21. - №4-1. C. 7-15. https://www.doi.org/10.21293/1818-0442-2018-21-4-1-7-15
  12. Gazizov A.T., Zabolotsky A.M., Gazizov T.T. Time-domain response of asymmetrical modal filter without resistors to ultrashort pulse excitation // 2016 17th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM). - Altai, Russia, 2016. - P. 85-88. https://www.doi.org/10.1109/EDM.2016.7538699
  13. Красноперкин В.М., Самохин Г.С., Силин Р.А. Импульсные сигналы в связанных линиях передачи // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. - 1983. - Т. 7. - № 355. - С. 3-8.
  14. Chernikova E.B., Belousov A.O., Gazizov T.R., Zabolotsky A.M. Using reflection symmetry to improve the protection of radio-electronic equipment from ultrashort pulses // Symmetry. - Vol. 11(7). - №883. - 2019. - P. 1-25. https://doi.org/10.3390/sym11070883
  15. Belousov A.O., Chernikova E.B., Samoylichenko M.A., Medvedev A.V., Nosov A.V., Gazizov T.R., Zabolotsky A.M. From Symmetry to Asymmetry: The Use of Additional Pulses to Improve Protection against Ultrashort Pulses Based on Modal Filtration // Symmetry. - 2020. - Vol. 12(7). - №1117. - P. 1-38. https://doi.org/10.3390/sym12071117
  16. Kuksenko S.P. Preliminary results of TUSUR University project for design of spacecraft power distribution network: EMC simulation //IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - IOP Publishing, 2019. - Vol. 560. - №012110. - P. 1-7. https://doi.org/10.1088/1757-899X/560/1/012110
  17. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2024616984. Вычисление временных интервалов между основными и комбинационными импульсами во временном отклике четырехпроводной симметричной линии передачи / Е.Б. Черникова, Г.Ю. Ким. Заявка №2024615445. Дата поступления 19.03.2024. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 27.03.2024.
  18. Belousov A.O., Gazizov T.R. Systematic approach to optimization for protection against intentional ultrashort pulses based on multiconductor modal filters // Complexity. - 2018. - № 2018. - P. 1-15. https://doi.org/10.1155/2018/5676504