- •. Измерительные задачи при определении моделей радиокомпонентов.
- •1.1. Структура элементной базы радиоэлектронных схем
- •1.2.1. Общие положения
- •1.2.2. Классификация моделей рк
- •1.2.3. Основные требования к моделям
- •1.2.4. Макромодели пассивных радиокомпонентов
- •1.2.5. Встроенные макромодели транзисторов
- •1.2.6. Макромодели, определяемые пользователем.
- •1.2.7. Макромодели операционных усилителей.
- •1.2.8. Факторные статистические модели многополюсных рк
- •1.3. Измерительные задачи
- •2. Алгоритмические методы измерения динамических параметров макромоделей многополюсных радиокомпонентов
- •2.1 Общие положения
- •2.2. Матрицы проводимости и сопротивления
- •2.2.1. Определение y- и z-матриц
- •2.2.2. Определение коэффициентов z и y матриц прямым способом.
- •2.3 Гибридные матрицы четырёхполюсника
- •2.4. Эквивалентная схема компонента.
- •2.5. Матрицы рассеяния
- •2.5.1. Определение s-матриц в свч диапазоне.
- •2.5.2. Измерение матриц рассеяния в схемах с конечными активными нагрузками.
- •2.4.3. Условия исключения систематических погрешностей при измерении s -матриц многополюсников в волноводных трактах.
- •2.6. Измерение y-параметров многополюсника с учетом паразитных параметров измерительных цепей.
- •2.6.1 Паразитные параметры в измерительных схемах с конечными нагрузками.
- •2.6.2. Определение y-матриц с учетом искажений
- •2.6.3 Идентификация падающих волн в измерительных схемах с паразитными параметрами
- •2.6.4 Следствие операции нормирования y- матрицы.
- •2.5.6 Способ полного исключения влияния входной цепи измерительного прибора на результаты измерений.
- •2.7. Калибровка измерительных цепей
- •2.7.1. Измерение динамических параметров двухполюсных элементов
- •2.7.2. Определение динамических параметров образцовых мер
- •2.7.3. Аттестация паразитных параметров контактно-соединительных
- •2.7.4. Корректировка -матриц по данным аттестации контактно-соединительных цепей.
- •2.8. Измерения в переменном базисе полюсных нагрузок
- •394026, Воронеж, Московский просп., 14.
2.4. Эквивалентная схема компонента.
Определение матриц параметров эквивалентной электрической схемы элемента по его физической модели получат в результате анализа физических процессов, определяющих работу компонента [5,18]. Рассмотрим малосигнальную макромодель дифференциального каскада (ДК), представленную на рис.2.6 [18].
Y-матрица формируется по параметрам сопротивлений R1...R4, емкостей C1...C4 и источников S(U1) и Sc(UR2+UR3) следующим образом [6].
Узловые проводимости, которые представляют собой диагональные элементы Y-матрицы ДК, рассчитывают как сумму проводимостей элементов эквивалентной схемы подходящих к узлу . Отсюда для схемы рис.2.6 имеем
(2.23)
(2.24)
(2.25)
(2.26)
Рис. 2.6. Малосигнальная модель ДК
Недиагональный элемент Y-матрицы рассчитывается как взаимная проводимость элементов, включенных между соответствующими узлами, взятая с обратным знаком [2.6]. Таким образом, для схемы рис.(2.6) имеем
(2.27)
(2.28)
(2.29)
(2.30)
(2.31)
(2.32)
(2.33)
. ()
В результате Y-матрица схемы рис.2.6 имеет вид
(2.35)
Способ формирования Y-матриц устройств по их эквивалентной схеме элементарен. Вообще говоря, этот способ является основным при формировании схемных функций в процессе решения задач САПР электронных схем [6], так как отвечает условиям автоматизированного формирования Y-матрицы сложных электрических цепей, представляемой в виде эквивалентной схемы.
Однако низкая точность идентификации элементов схем, подобных схеме рис.2.6, а также существенные частотные, температурные, режимные зависимости этих элементов существенно снижает качество таких макромоделей. Чтобы повысить их эффективность, требуется существенная корректировка эквивалентных схем.
Рассмотрим результаты корректировки эквивалентной схемы транзистора, проведенной с целью расширения области ее применения в сторону высоких частот. Так Т-образная эквивалентная схема СВЧ транзистора, представленная на рис.2.7 состоит из базовой части, представляющей собой макромодель идеального транзистора (элементы rб, rкк, rэ, rээ, Cк, Cэ бар, Cэ диф, и источник Iэ=0exp(-jm ω/ω )) и элементов R1 … R3, C1 …C3,Cкб, Cкэ, L1 … L5, которые введены для корректировки АЧХ и ФЧХ транзистора. В результате базовая модель дополнена 13-ью R,L,C элементами и дополнительными пятью внутренними узлами. Расчет этих дополнительных элементов производится по данным прямых измерений Y-параметров, а именно фрагментов АЧХ и ФЧХ Y-парметров, в рабочем диапазоне частот , а затем с помощью программ оптимизации определяются корректирующие элементы .
Другой способ идентификации корректирующих эквивалентную схему рис.2.7 параметров заключается в их отождествлении с паразитными параметрами корпуса и выводов транзистора [18].
Рис. 2.7 Эквивалентная малосигнальная схема СВЧ транзистора
Рис. 2.8 Эквивалентная схема корпуса транзистора на высоких частотах
В этом случае электрические свойства корпуса выражают в виде эквивалентной схемы рис.2.8.
Паразитные сопротивления R1...R3 предлагается рассчитывать по результатам измерения Y-параметров схемы рис.2.8, индуктивности L3...L5 - через элементы Z-матрицы, а индуктивности L1 и L2 по конструкторским формулам, исходя из геометрических размеров выводов. Также по конструкторским формулам для конкретных размеров конденсатора можно рассчитать емкости Скб и Скэ для схемы рис.2.7 .
И спользование модели транзистора, представленной на рис.2.7, кроме существенного усложнения относительно базовой модели (в модель дополнительно введено 5 внутренних узлов), связано с решением более сложных задач, как в области измерения матричных параметров, так и оптимизации этих параметров. Точность моделирования при этом будет безусловно зависеть от точности определения матричных параметров. При моделировании сложных компонентов приемлемые результаты могут быть достигнуты только при существенном упрощении эквивалентных схем транзисторов. Так, согласно данным, 6 приведенным в [5], при моделировании высокочастотных микросхем серии 175 в диапазоне частот до десятков МГц использована модель транзистора на рис.2.9
Рис. 2.9. Упрощенная малосигнальная модель высокочастотного транзистора
Модель рис.2.9 [7], аттестуется по параметрам тестового транзистора, встроенного в соответствующую микросхему. Относительно модели рис.2.7 эта модель не отвечает даже ее базовой части. Таким образом, с ростом частоты точность идентификации эквивалентной схемы транзистора существенно уменьшается. В этой связи значение идентификации Y – матрицы по результатам измерения приобретает принципиальное значение.