Modelatge multimodal de transicions en entorn microstrip

Abstract

Avui dia cada vegada s'ha de tenir més en compte com es realitza el traçat de pistes en les plaques de circuit imprès (PCB). Això és degut a que cada vegada més hi viatgen senyals amb components freqüencials més elevades. Per tant, paràmetres com la desadaptació per impedància característica, acoblaments, ressonàncies i comportaments complexes de les transicions que es troben els senyals en la seva propagació per les pistes, han de ser considerats per evitar problemes d'integritat del senyal i garantir la compatibilitat electromagnètica (EMC) amb el seu entorn. <br/>El present treball de tesi s'ha centrat en l'estudi del comportament d'una situació particular, però molt habitual, de pistes: dues pistes sobre un pla de massa, formant el que es coneix com una línia de transmissió microstrip acoblada. Els senyals que viatgen a través d'una línia microstrip acoblada es poden descompondre en dos modes bàsics de propagació: mode comú (on la tensió està definida entre el pla de massa i cada pista) i el mode diferencial (on la tensió està definida entre les pistes). Aquesta descomposició és molt habitual en el món de la compatibilitat electromagnètica ja que les tècniques de filtratge de les interferències varien depenent si aquestes viatgen en mode comú o en mode diferencial. <br/>El treball desenvolupat s'ha focalitzat en l'estudi, des d'aquest punt de vista multimodal (que té en compte simultàniament tant el mode comú com el diferencial), de les diferents transicions que es pot trobar el senyal en la seva propagació degut al traçat de pistes. Com a resultat d'aquest estudi s'han obtingut uns models circuitals que permeten l'anàlisi i simulació dels diferents modes que intervenen i que han estat validats de forma experimental. Aquest fet ha permès l'ús d'aquests models en l'anàlisi de problemes d'integritat del senyal que són comuns en el entorn de la compatibilitat electromagnètica (EMC). Els resultats obtinguts han estat presentats en congressos nacionals i internacionals.

Hoy en día cada vez se debe tener más en cuenta como se realiza el trazado de pistas en las placas de circuito impreso (PCB). Esto es así debido a que cada vez más viajan por ellas señales con componentes frecuenciales más elevadas. Por lo tanto, parámetros como la desadaptación por impedancia característica, acoplamientos, resonancias y comportamientos complejos de las transiciones que se encuentran las señales mientras se propagan por las pistas, deben ser tenidos en consideración para evitar problemas de integridad de la señal y garantizar la compatibilidad electromagnética (EMC) con su entorno. <br/>En el presente trabajo de tesis se ha centrado en el estudio del comportamiento de una situación particular, pero habitual, de pistas: dos pistas sobre un plano de masa, formando lo que se conoce como línea de transmisión microstrip acoplada. Las señales que viajan a través de una línea microstrip acoplada se pueden descomponer en dos modos básicos de propagación: modo común (donde la tensión está definida entre el plano de masa y cada pista) y modo diferencial (donde la tensión está definida entre pistas). Esta descomposición es muy habitual en el mundo de la compatibilidad electromagnética ya que las técnicas de filtrado de las interferencias varían dependiendo si estas viajan en modo común o en modo diferencial. <br/>El trabajo desarrollado se ha focalizado en el estudio, desde este punto de vista multimodal (que tiene en cuenta simultáneamente tanto el modo común como el diferencial), de las diferentes transiciones que puede encontrarse la señal durante su propagación debido al trazado de pistas. Como resultado se han obtenido unos modelos circuitales que permiten el análisis y simulación de los diferentes modos que intervienen y que han sido validados de forma experimental. Este hecho ha permitido el uso de dichos modelos en el análisis de problemas de integridad de la señal que son comunes en el entorno de la compatibilidad electromagnética (EMC). Los resultados obtenidos han sido mostrados en congresos nacionales e internacionales.

Nowadays, the placement of the strips in a printed circuit board (PCB) has to be performed with increasing care, because of the rise of the spectral content of the signals propagating through the strips. Due to this fact, mismatches of the characteristic impedances, crosstalks, resonances and complex behavior of the transitions that the signals may encounter in their propagation have to be considered in order to avoid signal integrity problems and to guarantee the electromagnetic compatibility with their environment. <br/>This work is focused on the study of the behavior of a particular, but also a very common way of routing strips: two close strips above a ground plane, forming a extit{coupled microstrip transmission line}. The signals present at this transmission line can be decomposed into two basic signals known as common mode (where its voltage is defined between the ground plane and each strip) and differential mode (where its voltage is defined between the two strips). This decomposition is often found in electromagnetic compatibility because the different techniques of filtering interferences depend on their main mode of propagation. <br/>The study carried out in this thesis is focused on the analysis from a multimodal point of view of different transitions that signals encounter during their propagation in a coupled microstrip transmission line. <br/>As a result of this analysis, a number of circuit models for different transitions have been obtained and experimentally validated. These models have been used to successfully study signal integrity problems found in EMC and they have been presented in national and international symposiums.