დროითი რეფლექტომეტრის მოდელირება (TDR)


თუ გაქვს SPICE-ის ნებისმიერი ვერსია, შეგიძლია შექმნა TDR მოდელი.

ეს პატარა ჩანაწერი ეძღვნება დროით რეფლექტომეტრს, ანუ ინგლისურად TDR (Time Domain Reflectometer). მე არ ვარ მისი ავტორი, უბრალოდ ვთარგმნი. მისი ავტორი არის დოქტორ ერიკ ბოგატინი (Dr.Eric Bogatin), “Signal Integrity – Simplified” ცნობილი წიგნის ავტორი, ინჟინერი, ბიზნესმენი.

ვთარგმნი ამ ჩანაწერს იმის გამო, რომ ქართულ ინტერნეტში არ მოიძებნება ერთი ჩანაწერიც კი, სადაც რეფლექტომეტრია ნახსენები იქნება. თსუ-ში ოთხი წლის განმავლობაში არც კი გამიგია თუ ასეთი რამეები არსებობს. არადა სადაც ახლა ვარ, რამის ყოველდღე გამოიყენონ კვლევაში. 😦

* * *

გადამცემი ხაზის დახასიათებისთვის ყველაზე გამოსადეგი ხელსაწყო არის დროითი რეფლექტომეტრი. მას შეუძლია უშუალოდ გაზომოს ერთგვაროვანი გადამცემი ხაზის მახასიატებელი იმპედანსი, შეაფასოს ერთგაროვნობა, დროითი დაყოვნება, ეფექტური დიელექტრიკული მუდმივა და სისტემის ჭარბი ინდუქტივობა და ტევადობა.

TDR აგზავნის ძალიან სწრაფად მზარდ ბიჯურ (step) ძაბვას და ზომავს არეკვლილი ძაბვის ცვლილებას დროში. არეკვლა ხდება თუ იმპედანსი განიცდის მყისიერ ცვლილებას.

tdr_photo
რეფლექტომეტრის სურათი

თუ ადამიანს არ შეუძლია გაიაროს TDR ხელსაწყოს გამოყენების კურსი და/ან უშუალოდ იმუშაოს მასზე, გამოცდილების მიღების მიზნად შესაძლებელია გამოყენებული იყოს SPICE პროგრამული უზრუნველყოფა TDR ხელსაწყოს და გამოსაკვლევი სისტემის მოდელირებისთვის.

SPICE-ით სიმულაცია ეფუძნება ძალიან მარტივ წრედს, რომელიც შედგება იდეალურ ბიჯურ ძაბვის წყაროზე, მასთან მიმდევრობით შეერთებულ რეზისტორზე და გამოსაკვლევი მოწყობილობის (DUT) ექვივალენტური წრედისაგან. ამისთვის შეიძლება SPICE ნებისმიერი ვერსიის გამოყენება.

პირველ ნახატზე გამოსახულია რეფლექტომეტრით გაზომილი 85Ω მახასიათებელი იმპედანსის მქონე გადამცემი ხაზის მარტივი მაგალითი. იდეალურ ბიჯურ ძაბვის წყაროს ზრდის დრო 50 პიკოწმ (დამოკიდებულია ხელსაწყოზე), და წყაროს წინაღობა 50Ω. პირველ გადამცემ ხაზს ასევე აქვს 50Ω წინაღობა, ის უზრუნველყოფს დაყოვნებას, ხოლო მეორე გადამცემი ხაზი არის გამოსაკვლევი ხელსაწყო (DUT). მაბოლოებელი 1MΩ რეზისტორი წარმოადგენს “ღია” მაბოლოებლის (open termination) მოდელს.

ნახატი 1. მარტივი წრედი
ნახატი 1. მარტივი წრედი

TDR-ის მიერ გაზომილი სიგნალი არის წყაროს 50Ω რეზისტორსა და პირველი გადამცემი ხაზს შორის მყოფ კვანძში გაზომილი ძაბვა. როგორც წესი ზუსტად ეს ძაბვა გამოისახება ხელსაწყოს მთავარ ეკრანზე.

მეორე ნახატზე გამოსახულია 15.24 სმ სიგრძის 85 Ω გადამცემ ხაზზე გაზომილი TDR გამოხმაურება. მისი მოდელირება შესაძლებელია იდეალური გადამცემი ხაზის მეშვეობით.

ნახატი 3. TDR გამოხმაურება
ნახატი 2. TDR გამოხმაურება

მესამე ნახაზზე გამოსახულია TDR გამოხმაურებისა და სიმულაციის შედეგი. ადგილებში მოდელი კარგად ემთხვევა გაზომვებს, ადგილებში – არა. შესაძლოა ეს იყოს იმის მანიშნებელი, რომ ხაზში არაერთგაროვნობაა. ძნელია გამოიტანო დასკვნები მხოლოდ მრუდის ფორმიდან გამომდინარე.

Selection_003
ნახატი 3: მოდელი და გაზომვა

საკმაოდ ხშირად TDR-ს ამოდელებენ იდეალური წრფივი მზარდი ფუნქციით, რომელიც მკვეთრად გადადის მუდმივში (საწყისი ნაწილი, 500 პიკოწმ-დე). ზრდის დროც (rise time) კი როცა სწორად არის შერჩეული, ზრდის შემდეგ გადაცემული ძაბვა მაინც მოდელირდება როგორც ბრტყელი ფუნქცია.

სინამდვილეში, სიგნალის გამოსაკვლევ ხელსაწყოში გადაცემისას, მისი ფორმა იშვიათად იდეალურად წრფივი, ან იდეალური გაუსის ფორმისაა. მას აქვს რთული ფორმა გამოსაკვლევი ხელსაყოსთან მიმავალი ხაზის დანაკარგებისა და არაერთგვაროვნების გამო.

ზოგჯერ შესაძლებელი  გარკვეული მოვლენების შემცირება TDR-ის ნორმალიზების ფუნქციის გაოყენებით, უმჯობესია მოდელში გამოყენებული იყოს არა იდეალური ბიჯური პულსი, არამედ ნამდვილი სიგნალი შეტანილი PWL ძაბვის წყაროში (Piecewise Linear Voltage Source).

ნამდვილი მიწოდებული ძაბვა TDR-ის გამოსავალზე შეიძლება ჩაწერილი იყოს იმ შემთხევაში თუ TDR-ზე შეერთებულია “ღია” მაბოლოებელი. ეს ძაბვა შეიძლება გამოყენებული იყოს მოდელში PWL-ის წყაროდ. სხვა ყველაფერი წრედში იგივეა. ასეთი მიდგომის შემთხვევაში, მიიღება შედეგი ნაჩვენები მე-4 ნახატზე:

ნახატი 4: ნამდვილი ძაბვა TDR--ის გამოსავალზე გამოყენებული როგორც PWL ძაბვის წყარო
ნახატი 4: ნამდვილი ძაბვა TDR–ის გამოსავალზე გამოყენებული როგორც PWL ძაბვის წყარო

თუ მოდელის ძაბვის წყარო ჩაწერილია “ღია” მაბოლოებლიდან და სწორად აღწერს გამოსაკვლევ ხელსაწყოზე მოდებულ ძაბვას, მაშინ ნამდვილი გამოხმაურების კარგი მიახოება მიიღება ჩვეულებრივი SPICE სიმულაციის საფუძველზე. (როგორც დროით, ისე სიხშირულ არეში)

დრ. ერიკ ბოგატინი არის IDI-ს CTO და Bogatin Enterprise-ს  პრეზიდენტი. მისი საკონტაქტო ინფორმაცია შეგიძლიათ იხილოთ მითითებულ pdf დოკუმენტში.

* * *

წყარო: http://pcdandf.com/cms/images/stories/mag/0506/0506nomyths.pdf

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s