RU2568327C2 - Meander line with additional delay - Google Patents
Meander line with additional delay Download PDFInfo
- Publication number
- RU2568327C2 RU2568327C2 RU2014108688/08A RU2014108688A RU2568327C2 RU 2568327 C2 RU2568327 C2 RU 2568327C2 RU 2014108688/08 A RU2014108688/08 A RU 2014108688/08A RU 2014108688 A RU2014108688 A RU 2014108688A RU 2568327 C2 RU2568327 C2 RU 2568327C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- line
- delay
- meander
- odd
- value
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structure Of Printed Boards (AREA)
- Pulse Circuits (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для передачи импульсного сигнала в меандровых линиях печатных плат с дополнительной задержкой и минимальными искажениями формы импульса.The invention relates to electrical engineering and can be used to transmit a pulse signal in the meander lines of printed circuit boards with an additional delay and minimal distortion of the pulse shape.
При проектировании высокоскоростной цифровой электроники требуется синхронизация тактируемых сигналов в точках приема. Необходимо, чтобы все трассы, подведенные к точкам приема, обеспечивали одинаковые задержки сигналов. Для этого часто используют меандровые линии. Однако импульсный сигнал в меандре с высокой плотностью проводников, к которой стремятся для уменьшения занимаемой площади, приходит в точку приема искаженным из-за наводок, инициируемых от фронта и спада сигнала на концах проводников меандра. Следствием является неконтролируемое уменьшение задержки в линии и искажение формы импульса. В случае когда задержка в линии меньше требуемой, необходимо увеличивать ее длину, а вместе с тем и площадь, занимаемую на поверхности печатной платы. Таким образом, меандровые линии задержки либо не обеспечивают заданную задержку из-за искажений, либо занимают большую площадь на печатной плате.When designing high-speed digital electronics, synchronization of the clock signals at the receiving points is required. It is necessary that all paths brought to the points of reception provide the same signal delays. For this, meander lines are often used. However, a pulsed signal in a meander with a high density of conductors, which they strive to reduce the occupied area, arrives at the receiving point distorted due to pickups initiated from the front and the decay of the signal at the ends of the meander conductors. The result is an uncontrolled reduction in line delay and distortion in the shape of the pulse. In the case when the delay in the line is less than the required, it is necessary to increase its length, and at the same time, the area occupied on the surface of the printed circuit board. Thus, meander delay lines either do not provide the specified delay due to distortion, or occupy a large area on the printed circuit board.
Известна меандровая линия задержки из одного витка [Газизов Т.Р. Искажения импульсного сигнала в простых меандровых линиях / Т.Р. Газизов, A.M. Заболоцкий // Инфокоммуникационные технологии. - 2006. - Том. 4, №3. - С.34-38], обеспечивающая прохождение импульса по проводнику без искажений его формы.The meander delay line from one turn is known [T. Gazizov Distortion of a pulse signal in simple meander lines / T.R. Gazizov, A.M. Zabolotsky // Infocommunication technologies. - 2006. -
Недостатком этого устройства является необходимость двух опорных плоскостей и однородного диэлектрического заполнения между ними.The disadvantage of this device is the need for two reference planes and a uniform dielectric filling between them.
Наиболее близкой к заявляемому устройству является меандровая линия на основе связанной микрополосковой линии [Фуско В. СВЧ цепи. Анализ и автоматизированное проектирование: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1990. - 288 с.: ил. ISBN 5-256-00663-0], состоящая из одного опорного проводника, двух параллельных ему и друг другу сигнальных проводников, соединенных между собой на одном конце, и диэлектрической среды.Closest to the claimed device is a meander line based on a connected microstrip line [Fusco B. microwave circuit. Analysis and computer aided design: Per. from English - M.: Radio and Communications, 1990. - 288 p.: Ill. ISBN 5-256-00663-0], consisting of one reference conductor, two signal conductors parallel to it and to each other, interconnected at one end, and a dielectric medium.
Недостатками устройства-прототипа являются неконтролируемое уменьшение задержки в линии и искажение формы импульса и наличие искажений формы импульса, проходящего по линии, из-за сильных взаимных связей между полувитками.The disadvantages of the prototype device are an uncontrolled decrease in the delay in the line and the distortion of the pulse shape and the presence of distortion in the shape of the pulse passing along the line due to the strong mutual relations between the half-turns.
Заявляемая меандровая линия с дополнительной задержкой, состоящая из одного опорного проводника, двух параллельных ему и друг другу сигнальных проводников, соединенных между собой на одном конце, и диэлектрической среды, отличается тем, что произведение суммы значений погонных задержек четной и нечетной мод на длину линии больше или равно сумме длительностей фронта, плоской вершины и спада импульса, а значение погонной задержки нечетной моды линии больше разности значения погонной задержки четной моды и значения разности между значением погонной задержки четной или нечетной моды, в случае их равенства, и значением погонной задержки одиночной линии.The inventive meander line with an additional delay, consisting of one reference conductor, two parallel signal conductors connected to each other at one end, and a dielectric medium, differs in that the product of the sum of the linear delays of the even and odd modes by the length of the line or equal to the sum of the durations of the front, flat top and pulse decay, and the value of the linear delay of the odd line mode is greater than the difference of the linear delay of the even mode and the difference between the values the linear delay of an even or odd mode, if they are equal, and the linear delay of a single line.
Достоинством заявляемой меандровой линии, в отличие от устройства-прототипа, является обеспечение прохождения импульса с дополнительной задержкой и минимальными искажениями его формы.The advantage of the claimed meander line, in contrast to the prototype device, is to ensure the passage of the pulse with an additional delay and minimal distortion of its shape.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая меандровая линия задержки, - обеспечение дополнительной задержки импульса с минимальными искажениями его формы.The technical result, the proposed meander delay line is aimed at achieving, is to provide additional pulse delay with minimal distortion of its shape.
Технический результат прежде всего достигается за счет выбора длины линии таким образом, чтобы значение задержки в меандровой линии было больше или равно сумме длительностей фронта, плоской вершины и спада импульса. При этом условии форма импульса не искажается, хотя перед ним появляется импульс в виде трапеции положительной полярности, а после него - отрицательной. Появившиеся импульсы - это, в терминологии связанных линий, наводка на ближнем конце пассивной линии, амплитуда которой пропорциональна четверти суммы емкостной и индуктивной связей. Но эта наводка не искажает форму импульса. Также для достижения технического результата необходимо, чтобы значение погонной задержки нечетной моды линии было больше разности значения погонной задержки четной моды и значения разности между значением погонной задержки четной или нечетной моды, в случае их равенства, и значением погонной задержки одиночной линии. При этом условии на фронт и спад импульса накладывается наводка отрицательной полярности, которая в терминологии связанных линий является дальней перекрестной помехой, а ее амплитуда пропорциональна четверти разности емкостной и индуктивной связей между сигнальными проводниками. За счет суммирования импульса сигнала положительной полярности и наводки отрицательной полярности в конце меандровой линии наблюдается дополнительная задержка. При этом искажаются фронт и спад импульсного сигнала, но эти искажения незначительны.The technical result is primarily achieved by choosing the line length so that the delay value in the meander line is greater than or equal to the sum of the durations of the front, flat peak and pulse decay. Under this condition, the shape of the pulse is not distorted, although a pulse appears in front of it in the form of a trapezoid of positive polarity, and after it - negative. The impulses that appear are, in the terminology of coupled lines, a tip at the near end of the passive line, whose amplitude is proportional to a quarter of the sum of capacitive and inductive coupling. But this tip does not distort the shape of the pulse. Also, to achieve a technical result, it is necessary that the value of the linear delay of the odd mode of the line is greater than the difference between the linear delay of the even mode and the difference between the linear delay of the even or odd mode, if they are equal, and the linear delay of a single line. Under this condition, a negative polarity pickup is applied to the front and the back of the pulse, which in the terminology of coupled lines is a far crosstalk, and its amplitude is proportional to a quarter of the difference between the capacitive and inductive connections between the signal conductors. An additional delay is observed due to the summation of the pulse of the signal of positive polarity and the pickup of negative polarity at the end of the meander line. In this case, the front and decay of the pulse signal are distorted, but these distortions are insignificant.
На фиг.1а приведен пример поперечного сечения заявляемой линии, когда проводник меандра сверху покрыт одним диэлектрическим слоем. Параметры поперечного сечения: w и t - соответственно ширина и толщина проводника, s - расстояние между проводниками, d - расстояние от края структуры до проводника, hC - толщина слоя подложки, hV - толщина покрывающего слоя, а εrC и εrV - соответственно относительные диэлектрические проницаемости подложки и покрывающего слоя. На фиг.1б приведена эквивалентная схема заявляемой меандровой линии с длиной полувитка l. Линия состоит из двух параллельных проводников 4, 5 в диэлектрическом заполнении, соединенных между собой на одном конце. Один из проводников линии соединен с источником импульсных сигналов, представленным на схеме идеальным источником э.д.с. 1 и внутренним сопротивлением RГ 2. Другой проводник линии соединен с приемным устройством, представленным на схеме сопротивлением RН 3.Figure 1 shows an example of a cross sectional claimed line when the meander conductor is covered from above by one dielectric layer. Cross section parameters: w and t are the width and thickness of the conductor, s is the distance between the conductors, d is the distance from the edge of the structure to the conductor, hC is the thickness of the substrate layer, hV is the thickness of the coating layer, and ε rC and ε rV are relative, respectively dielectric constant of the substrate and the coating layer. On figb shows the equivalent circuit of the inventive meander line with a half-turn length l. The line consists of two
Положительный эффект изобретения показан на графиках фиг.3, полученных при моделировании. Значения RГ и RН приняты при моделировании равными 50 Ом, а длительности фронта, плоской вершины и спада импульса - по 100 пс каждая. Также важно отметить, что диэлектрическое заполнение рассматриваемой линии будет меняться только за счет изменения εrV, а остальные геометрические и электрические параметры структуры при этом неизменны.The positive effect of the invention is shown in the graphs of figure 3 obtained in the simulation. The values of R Г and R Н are taken at modeling equal to 50 Ohms, and the duration of the front, flat top and pulse drop is 100 ps each. It is also important to note that the dielectric filling of the line under consideration will change only due to a change in ε rV , while the remaining geometric and electrical parameters of the structure are unchanged.
Параметры поперечного сечения на фиг.2а и длина меандровой линии выбраны таким образом, чтобы выполнялись условияThe parameters of the cross section in figure 2 a and the length of the meander line are selected so that the conditions
где τe и τо - значения погонных задержек четной и нечетной мод, l - длина полувитка, tr,where τ e and τ о are the values of the running delays of the even and odd modes, l is the half-turn length, t r ,
td и tf - длительности фронта, плоской вершины и спада импульса соответственно, а r′ вычисляется по формулеt d and t f are the durations of the front, flat top, and pulse decay, respectively, and r ′ is calculated by the formula
где τe=o - погонная задержка четной или нечетной моды линии, при условии их равенства, а τ1 - погонная задержка одиночной линии, определяемая по формулеwhere τ e = o is the linear delay of an even or odd line mode, provided that they are equal, and τ 1 is the linear delay of a single line, determined by the formula
где L - погонная индуктивность одиночной линии, а С - погонная емкость одиночной линии.where L is the linear inductance of a single line, and C is the linear capacitance of a single line.
Погонные задержки четной и нечетной мод для симметричной относительно опорного проводника структуры связанных линий передачи вычисляются как [Малютин Н.Д. Многосвязные полосковые структуры и устройства на их основе / Н.Д. Малютин. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 1990. - 164 с.]The linear delays of the even and odd modes for the structure of coupled transmission lines symmetrical with respect to the reference conductor are calculated as [Malyutin ND Multiply connected strip structures and devices based on them / N.D. Malyutin. - Tomsk: Publishing house Tom. University, 1990. - 164 p.]
где С11 и C12, L11 и L12 - соответствующие элементы матриц (коэффициентов электростатической и электромагнитной индукции) L и С.where C 11 and C 12 , L 11 and L 12 are the corresponding elements of the matrices (electrostatic and electromagnetic induction coefficients) L and C.
При условии равенства значений погонных задержек четной и нечетной мод линии слагаемое (L12·C11+L11·C12)=0, тогдаProvided that the values of the linear delays of the even and odd line modes are equal, the term (L 12 · C 11 + L 11 · C 12 ) = 0, then
Таким образом, подставляя (7) и (4) в (3), получаемThus, substituting (7) and (4) in (3), we obtain
Для выполнения условия (1) рассмотрим линию, представленную на фиг.1а. Параметры поперечного сечения: w=120 мкм, t=30 мкм, s=150 мкм, d=360 мкм, hС=100 мкм, hV=50 мкм; εrC=4,49; εrV=9,2. Вычисленные матрицы:To fulfill the condition (1), consider the line shown in figure 1 a . Cross section parameters: w = 120 microns, t = 30 microns, s = 150 microns, d = 360 microns, hС = 100 microns, hV = 50 microns; ε rC = 4.49; ε rV = 9.2. Calculated matrices:
Используя (5) и (6), получаем τe=6,59 нс/м, τo=7,023 нс/м. При длине линии l=25 мм произведение суммы погонных задержек четной и нечетной мод сигнала на длину линии составляет 340,3 пс. Сумма длительностей фронта, плоской вершины и спада импульсного сигнала составляет 300 пс. Таким образом, выполняется условие (1).Using (5) and (6), we obtain τ e = 6.59 ns / m, τ o = 7.023 ns / m. With a line length l = 25 mm, the product of the sum of the linear delays of the even and odd signal modes by the line length is 340.3 ps. The sum of the durations of the front, flat top and decay of the pulse signal is 300 ps. Thus, condition (1) is satisfied.
Для выполнения условия (2) рассмотрим аналогичную меандровую линию, но с εrV=4,79. Для такой линии:To fulfill condition (2), we consider a similar meander line, but with ε rV = 4.79. For such a line:
Используя (5) и (6), получаем τe=6,2791 нс/м, τo=6,2790 нс/м. Таким образом, погонные задержки четной и нечетной моды совпадают с точностью до третьего знака.Using (5) and (6), we obtain τ e = 6.2791 ns / m, τ o = 6.2790 ns / m. Thus, the linear delays of the even and odd modes coincide up to the third sign.
Для расчета τ1 рассмотрим одиночную линию передачи с аналогичными электрическими и геометрическими параметрами проводника и диэлектриков (фиг.1a). Погонные емкость и индуктивность соответственно С=114,49 пФ/м и L=342,29 нГн/м.To calculate τ 1, we consider a single transmission line with similar electrical and geometric parameters of the conductor and dielectrics (Fig. 1 a ). Linear capacitance and inductance, respectively, C = 114.49 pF / m and L = 342.29 nH / m.
Используя полученные матрицы для меандровой линий и значения погонных емкостей и индуктивностей одиночной линии, по (8) получаем τ′=0,019 нс/м. Подставив значения τe=6,59 нс/м, τo=7,023 нс/м и τ′=0,019 нс/м в (2), получаем 7,023>6,40 (нс/м). Таким образом, условие (2) выполняется.Using the obtained matrices for the meander lines and the values of linear capacitances and inductances of a single line, from (8) we obtain τ ′ = 0.019 ns / m. Substituting the values of τ e = 6.59 ns / m, τ o = 7.023 ns / m and τ ′ = 0.019 ns / m in (2), we obtain 7.023> 6.40 (ns / m). Thus, condition (2) is satisfied.
На фиг.3 показаны формы сигналов в конце меандровой (V3) и одиночной (V2) линий (с одинаковой общей длиной проводника 2l) для эквивалентных схем линий на фиг.1б и 2б. Формы V2 и V3 приведены для двух случаев, когда τe=τo и τo>τe+τ′. Разность задержек между V3 и V2 для τe=τo, отнесенная к l, есть τ′. Значение τ′ по графику составляет 0,048 нс/м, а вычисленного аналитически - 0,019 нс/м. Различие может быть вызвано неточным выполнением условия τe=τo и неполным согласованием линий с нагрузками. Из фиг.3б видно, что заявляемая меандровая линия имеет дополнительную задержку, значение которой больше на Δt, чем задержка в одиночной линии. Таким образом, показан положительный эффект заявляемой линии.Figure 3 shows the waveforms at the end of the meander (V3) and single (V2) lines (with the same total conductor length 2l) for equivalent line circuits in Figs. 1b and 2b. Forms V2 and V3 are given for two cases when τ e = τ o and τ o > τ e + τ ′. The delay difference between V3 and V2 for τ e = τ o related to l is τ ′. The value of τ ′ in the graph is 0.048 ns / m, and calculated analytically - 0.019 ns / m. The difference can be caused by inaccurate fulfillment of the condition τ e = τ o and incomplete matching of the lines with the loads. From Fig.3b it can be seen that the claimed meander line has an additional delay, the value of which is greater by Δt than the delay in a single line. Thus, the positive effect of the claimed line is shown.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014108688/08A RU2568327C2 (en) | 2014-03-05 | 2014-03-05 | Meander line with additional delay |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014108688/08A RU2568327C2 (en) | 2014-03-05 | 2014-03-05 | Meander line with additional delay |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014108688A RU2014108688A (en) | 2015-09-10 |
RU2568327C2 true RU2568327C2 (en) | 2015-11-20 |
Family
ID=54073268
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014108688/08A RU2568327C2 (en) | 2014-03-05 | 2014-03-05 | Meander line with additional delay |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2568327C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU315286A1 (en) * | DELAY LINE | |||
WO2008061052A2 (en) * | 2006-11-15 | 2008-05-22 | Qualcomm Incorporated | Delay line calibration |
RU2431912C1 (en) * | 2010-03-09 | 2011-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Твердь" | Device for protection from pulsed signals |
RU2453036C2 (en) * | 2007-07-30 | 2012-06-10 | Валентин Анатольевич Ульман | Delay line |
-
2014
- 2014-03-05 RU RU2014108688/08A patent/RU2568327C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU315286A1 (en) * | DELAY LINE | |||
WO2008061052A2 (en) * | 2006-11-15 | 2008-05-22 | Qualcomm Incorporated | Delay line calibration |
RU2453036C2 (en) * | 2007-07-30 | 2012-06-10 | Валентин Анатольевич Ульман | Delay line |
RU2431912C1 (en) * | 2010-03-09 | 2011-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Твердь" | Device for protection from pulsed signals |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014108688A (en) | 2015-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2556438C1 (en) | Non-jamming delay line | |
RU2607252C1 (en) | Meander micro-strip delay line, protecting against ultrashort pulses | |
Paul | Solution of the transmission-line equations under the weak-coupling assumption | |
Rubin et al. | Study of meander line delay in circuit boards | |
US7397320B1 (en) | Non-uniform transmission line for reducing cross-talk from an aggressor transmission line | |
RU2606709C1 (en) | Meander delay line with face connection, which protects from ultrashort pulses | |
KR100923928B1 (en) | Serpentine-type microstrip transmission line structure | |
KR20010052187A (en) | Backplane having reduced lc product | |
Guo et al. | Comparisons between serpentine and flat spiral delay lines on transient reflection/transmission waveforms and eye diagrams | |
Cheng et al. | Novel differential-mode equalizer with broadband common-mode filtering for Gb/s differential-signal transmission | |
RU2656834C2 (en) | Improved delay line, protecting against short-term pulses with the increased duration | |
RU2568327C2 (en) | Meander line with additional delay | |
RU2624465C2 (en) | Four-way mirror-symmetrically structure, protecting from ultrashort impulses | |
Mudavath et al. | Analysis of crosstalk noise for coupled microstrip interconnect models in high-speed PCB design | |
RU2600098C1 (en) | Meander delay line of two coils, which protects from ultrashort pulses | |
Surovtsev et al. | Protection against ultrashort pulses based on a turn of meander microstrip line | |
Yeh et al. | Reduction of common-mode and differential-mode noises using timing-offset differential signal | |
Chen | PCB microstrip line far-end crosstalk mitigation by surface mount capacitors | |
RU2724970C1 (en) | Meander line delay with face communication of two turns, which protects from ultrashort pulses | |
RU2597940C1 (en) | Delay line protecting from ultrashort pulses | |
Baek et al. | Accurate high frequency lossy model of differential signal line including mode-conversion and common-mode propagation effect | |
Enriquez-Shibayama et al. | Design of very low distortion dense routings for skew compensation in high speed interconnects | |
RU2827132C1 (en) | Folded meander microstrip line with two passive conductors, which protects against ultrashort pulses | |
Kayano et al. | Locally shielded differential-paired lines with bend discontinuities for SI and EMI performances | |
Nosov | INFLUENCE OF LOSSES ON THE AMPLITUDE AND WAVEFORM OF THE ULTRAWIDEBAND PULSE IN A TURN OF MEANDER MICROSTRIP LINE WITH BROADSIDE COUPLING |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170306 |