8-1 單根導體微帶線跨越槽線雜訊分析
8-1-1 單根導體微帶線跨越槽線雜訊之模型
在多層板結構，為了要提供給不同元件不同的直流電壓，通常會把電 源層分割成數塊。或者，板上有些較敏感的元件，為了防止接地雜訊對其 產生嚴重影響，會把此元件電源層分割獨立出來，以隔絕從別處來的接地 雜訊[64]。當訊號線跨過這些槽線，會有不連續的效應產生，而影響了信 號完整度，因此有必要分別討論微帶線與槽線耦合的關係，及微帶線、槽 線及接地雜訊三者相互耦合的關係。
為說明簡便起見，考慮單一傳輸線跨過開槽的結構，如圖 8-1。若只 考慮微帶線與槽線間的耦合效應，在[65]提出微帶線及槽線皆以傳輸線來 等效，仿此，吾人可在兩者交越處(cross junction)建立一個等效電路，如圖 8.2，當微帶線上信號電流流進交越處，在底下金屬面所感應的負電荷因槽 線的存在造成其回流路徑被截斷；另一方面，流過交越處的電流會在另一 邊的金屬板感應出負電荷，但其原本是電中性的，所以此正電荷就會跟另 一邊的負電荷成對地分兩路沿著槽線邊緣的金屬流動，因此在槽線上相當 有一電流源流進槽線，會在槽線此處產生一電壓差，此電壓差會反映回微 帶線上，產生電壓雜訊。
ba c
A B
x
z y 0
-d
(a) (b)
圖8.2 微帶線及槽線交越處之等效電路
在此模擬一個 10 公分正方形板的例子，介質常數 9.7，微帶線線寬 570 mµ ，槽線槽寬 50 mµ ，長度 4 公分。輸入一個高斯脈波，另一邊接匹 配負載，先不考慮底下的接地面，即先忽略接地雜訊的情形，吾人分別在 圖 8.1(a)的 A、B 兩點擷取電壓，其結果如圖 8.3(a)，可發現當信號碰到槽 線時，會先產生一個反射，之後有能量耦合到槽線上，在槽線上往兩旁傳 播出去，碰到槽線兩端的短路接地後，再全反射回來，傳播到交越處有一 部份能量會耦合回微帶線而產生第二個漣波(ripple)，剩餘的能量繼續在槽 線上來回傳播，每過固定的週期耦合到微帶線上產生接下來多個漣波。在 此分析中傳輸線假設是無損耗，所以微帶線上的漣波會一直出現，直到槽 線 上 的 能 量 完 全 耦 合 回 微 帶 線 為 止 ， 圖 8 . 3 ( b ) 為 槽 線 上 a 點 的
Vx=Vg
At Microstrip Line:
Ix
At Slotline:
Vg Ig=Ix
+
-電壓值，可以看到電壓在槽線上來回地傳播而越來越小。
0 1000 2000 3000
-0.4 0 0.4 0.8 1.2
time(ps)
vol tage on m ic rost ri p (V )
A B
0 1000 2000 3000
-0.4 -0.2 0 0.2 0.4
time(ps)
v o lt ag e on sl o tl in e (V )
(a) (b)
圖 8.3 不考慮電壓/接地層，(a)微帶線上 A、B 兩點及(b) 槽線上 a 點的電壓值
接著考慮在實際結構，有電源/接地層的存在，因此槽線上的能量也會 耦合到電源/接地層裡，而產生接地雜訊，進而影響到周圍的電路元件，或 如前節所述，透過穿孔連通柱影響到其他訊號線。為模擬此問題，將其分 為區域一：微帶線與金屬上層槽線耦合，及區域二：金屬下層槽線與電源 /接地層耦合，因為槽線被一分為二，區域一其槽線等效電感與電容值，需 考慮有接地面的情形。微帶線的耦合模型則如同前段所述，但因考慮接地 雜訊的耦合，所以每一小段傳輸線都會有從區域二平板區耦合過來的等效 電流源，其等效電路如圖 8.4
V
I
eq
Ieq
Ieq
圖8.4 包含電源/接地層，區域一槽線上之等效電路
為分析此一問題，吾人 令
I µ strip
((i
+ 21)∆x
,t
)及V µ strip
(i
∆x
,t
)表 示 在 微 帶 線8.5。令區域中之電磁場為
E z ( x , y , t )
,H x
(x
,y
,t
)及H y
(x
,y
,t
),則式(8-3)中由區域H
y slot
Hz((i-1/2)∆x,(j+1/2)∆y)Ez
(a) (b)
圖8.5 FDTD 網格在槽線處之場分布 (a)俯視圖 (b)側視圖
由式(8-4)-(8-7)可以看出槽線與電源/接地層之間的交互關係，再與之前只 考慮微帶線與槽線耦合的關係式(8-1)結合，就可以得到三者之間交互作用 的耦合關係。