端接复杂电路传输线网络的电磁耦合时域并行计算方法

针对端接复杂电路传输线(TL)网络的电磁耦合问题,仍缺乏高效的场路协同仿真技术。该文将传输线方程与时域有限差分(FDTD)方法、诺顿定理和置换定理以及NGSPICE软件相结合,并引入消息传递接口(MPI)并行技术,提出一种高效的时域混合并行算法(FDTDTL-NGSPICE)。首先,根据诺顿定理和置换定理,将传输线网络分解为传输线子系统和复杂电路子系统,并构建对应的等效电路模型。然后,使用FDTDTL并行算法计算传输线子系统沿线各点的电压和电流,并获取对应诺顿等效电路的电流源和等效导纳大小。最后,使用NGSPICE对复杂电路子系统进行传导干扰分析,获得复杂电路各元件上的瞬态响应,并将端口电压反馈给传输线子系统作为边界,实现传输线网络电磁耦合的场线路联合协同仿真。通过对3类典型场景的计算实例,分别使用时域混合并行算法和电磁仿真软件CST电缆工作室(CS)进行数值模拟并对比,验证所提算法的置信度。     

PCB上微带线的电磁耦合时域建模分析方法

基于时域有限差分方法和传输线方程,结合高效网格建模技术,文中提出了一种高效的时域建模算 法,它能有效解决微带线的电磁耦合建模问题,实现空间电磁场与微带线瞬态响应的同步计算。首先,结合经验公 式,计算得到微带线的单位长度分布参数,构建适用于微带线电磁耦合分析的传输线方程。然后,采用时域有限差 分(Finite-Difference Time-Domain, FDTD)方法,结合非均匀网格技术和自动网格生成技术,仿真得到微带线激励场, 并在每个时间步进上引入传输线方程获得等效分布源项。最后,对传输线方程使用FDTD 的中心差分格式进行离 散,实现微带线及其端接电路上瞬态响应的迭代求解。为了验证时域建模算法的正确性和高效性,通过自由空间和 屏蔽腔内PCB 上微带线电磁耦合的数值模拟,从计算精度和耗时两方面与传统FDTD 方法的计算结果进行了对比。     

外场作用双导线的电磁耦合时域分析方法

基于时域有限差分（finite-difference time-domain，FDTD）法和传输线方程，并结合插值技术，研究了一种高效的时域混合算法，能够快速模拟电磁波照射自由空间和屏蔽腔内双导体传输线的电磁耦合，并实现空间电磁场与双导线瞬态响应的同步计算.该算法先采用FDTD方法模拟双导线周围空间的电磁场分布，结合插值技术构建适用于双导线电磁耦合的传输线方程，再采用FDTD的中心差分格式进行离散，从而求解得到传输线和端接负载上的瞬态响应.同时，分析双导线间距对其电磁耦合的影响，掌握其耦合规律.通过相应数值算例的模拟，并与FDTD方法进行对比，验证了该时域混合算法的正确性和高效性.     

基于Agrawal模型的双绞线受扰机理与场线配置

电磁环境日益复杂,电磁兼容性问题涌现,各类干扰对传输线信号传输造成的影响不容忽视。基于经典场线耦合Agrawal模型,结合时域有限差分法(FDTD)对双绞线(TWP)各场线参数的电磁耦合效应进行定量计算,为减少受扰的场线配置提出指导性意见。总结了各参数对双绞线电磁耦合效应的具体影响：线长会影响端接负载处的选频特性;节距影响较小,较小的节距会减小耦合;距地高度会显著影响电磁耦合,且高度越高耦合越强;决定入射方式的入射角、方位角和极化角对电磁耦合效应均有不同程度的影响,通过电场切向分量切片图可知,对某一角的分析需要考虑到其余两角的影响。双绞线传输线的电磁耦合效应与场线参数密切相关,各参数均有不同程度的影响,借助本文模型的计算与对结果的分析,可获得有效的低受扰双绞线传输线配置。     

传输线端接复杂电路的电磁耦合时域分析方法

该文基于时域有限差分(FDTD)方法和传输线方程,结合Ngspice软件,提出一种高效的时域混合算法,能够快速模拟空间电磁场作用传输线端接复杂电路的电磁耦合问题。该算法的优势在于实现了空间电磁场辐射与端接复杂电路瞬态响应的协同计算,且避免了对传输线和复杂电路结构的直接建模。首先,将复杂电路通过传输线的特性阻抗进行等效,采用FDTD方法结合传输线方程,求解得到特性阻抗上的入射电流响应。然后,在每个时间步上,将该电流引入复杂电路作为激励源,联合电路模型建立网表文件。最后,使用Ngspice软件读取网表文件,并仿真得到电路各元件上的瞬态响应。通过相应计算实例的数值模拟,与电磁场仿真软件CST的计算结果以及耗用内存和时间进行对比,验证了算法的正确性和高效性。     

传输线端接复杂电路的电磁耦合时域分析方法

该文基于时域有限差分(FDTD)方法和传输线方程,结合Ngspice软件,提出一种高效的时域混合算法,能够快速模拟空间电磁场作用传输线端接复杂电路的电磁耦合问题.该算法的优势在于实现了空间电磁场辐射与端接复杂电路瞬态响应的协同计算,且避免了对传输线和复杂电路结构的直接建模.首先,将复杂电路通过传输线的特性阻抗进行等效,采用FDTD方法结合传输线方程,求解得到特性阻抗上的入射电流响应.然后,在每个时间步上,将该电流引入复杂电路作为激励源,联合电路模型建立网表文件.最后,使用Ngspice软件读取网表文件,并仿真得到电路各元件上的瞬态响应.通过相应计算实例的数值模拟,与电磁场仿真软件CST的计算结果以及耗用内存和时间进行对比,验证了算法的正确性和高效性.     

屏蔽腔内任意高度线缆端接TVS管电路的电磁耦合时域分析

该文基于时域有限差分(FDTD)方法和传输线方程,结合插值技术和牛顿迭代法,提出一种新的时域混合算法,能够快速模拟屏蔽腔内任意高度线缆端接瞬态电压抑制(TVS)管电路的电磁耦合问题,并实现空间电磁场与线缆和电路瞬态响应的同步计算。该算法首先利用FDTD方法结合STL网格剖分技术实现屏蔽腔结构的快速建模以及腔体内空间电磁场分布的准确模拟。然后利用传输线方程结合插值技术建立腔体内线缆的场线耦合模型,结合FDTD方法,迭代求解出线缆上的电压和电流响应。对于线缆端接的TVS管电路,列写电压电流方程,采用牛顿迭代法计算得到电路端口的电压响应。通过与电磁仿真软件的计算结果进行对比,验证了所提时域混合算法的正确性。研究表明,该算法能够很好地应用于屏蔽腔内线缆端接负载的TVS管限幅防护设计。     

混合方法模拟差模传输线的共模电磁泄漏

提出了电路方法和亚网格FDTD方法相结合的混合方法,分析了横切窄缝同轴线以及对称平行双线级联不平衡电子器件时的差模和共模的耦合机制,并用混合方法模拟了这两种情况的共模电磁泄漏的频域能量和时域波形。     

基于时域滤波技术的土壤阻抗模型研究

时域分析场线耦合问题对于线缆电磁脉冲防护研究具有重要意义.针对时域传输线方程中土壤阻抗与电流卷积计算的复杂性,提出了一种基于数字滤波技术的土壤阻抗模型估算方法.介绍了所采用的土壤阻抗模型以及数字滤波方法的基本原理和建模结果.这一数字滤波建模方法的引入避免了复杂的卷积计算,可用于分析非均匀场入射或终端连接非线性负载条件下场线耦合的时域计算.     

亚波长结构的抗反射特性三维TLM方法模拟

传输线矩阵(Transmission line matrix,以下简称TLM)方法,根据场方程和传输线方程之间的相似性,用等效分布传输线网络模拟给定结构,在时间和空间上进行离散化,是一种强有力的三维时域电磁场数值仿真算法.简要介绍三维扩展型结点TLM方法的模型、激励源和边界条件,并使用该方法对亚波长结构的抗反射特性进行模拟研究,为进一步深入探讨该结构的抗反射特性、进行优化设计提供依据.     

Circuit-Based Analysis of Electromagnetic Field Coupling With Nonuniform Transmission Lines

This paper presents a new algorithm for simulating electromagnetic (EM) field coupling with nonuniform multiconductor transmission lines in a circuit simulation environment. The proposed algorithm is based on the concept of passive model-order reduction, whereby an algorithmically developed passive reduced-order model, coupled with a set of equivalent sources representing the incident filed, are shown to accurately capture the behavior of the transmission line under EM excitation. The reduced-order model is developed independently from the particular shape of the incident field pulse, in the sense that, in constructing the model, one does not need prior knowledge about the waveform of the incident pulse of the EM field. In addition, it is also shown that the model developed can be used to simulate the transmission line in the absence of the EM field. The derived equivalent sources, representing the field coupling, are given directly in the time domain, thereby making simulation under nonlinear circuit terminations an easy task. Although the proposed work is aimed mainly at simulating nonuniform transmission lines, it can be applied to uniform lines as a special case. The proposed algorithm has been validated numerically with several examples.     

Simulation and modeling-simulating crosstalk and field to wirecoupling with a SPICE simulator

The simulation of two electromagnetic compatibility (EMC) problems, namely crosstalk and field-to-wire coupling, using SPICE are described. These modeling techniques for simulation of EMC of multiconductor transmission lines allow calculation in the time domain, as well as the frequency domain. Nonlinearities, protective devices, and even complex circuitry can be included at both ends of the transmission line. Disturbing voltages can also be studied at any node in a susceptor network. The techniques also offer the possibility of including arbitrary sources of radiated disturbances, which could allow the simulation of aperture coupling in an enclosure     

双绞传输线电磁兼容特性的FDTD分析

将曲线坐标系中的时域有限差分法（FDTD）拓展到空间为任意媒质情形，然后针对双绞传输线的特殊结构综合运用曲线坐标系、圆柱坐标系、旋转坐标系和子域连接法进行空间网格划分、FDTD建模，并通过求解双绞传输线和平行传输线的特性阻抗对该建模的准确度进行了验证，最后在空间线源激励下对双绞线和平行线的电磁兼容特性进行了比较，可以看出双绞线对空间电磁场的耦合能力远远低于平行线。     

高速电路非均匀互连线间电磁干扰分析

根据高速电路中线宽发生变化的非均匀互连线结构特点,利用分段线性和等效电路摸型的方法,结合HSPICE电路分析软件,提出了适用于任意条数的非均匀互连线的多导体等效电路模型及仿真模型,从倾斜角度、非均匀互连线长度和信号上升时间几个特殊因素方面,对高速电路中非均匀互连线间的电磁干扰规律进行了分析和总结。     

非均匀传输线间的串扰研究

应用时域有限差分法对非均匀传输线间的串扰耦合进行分析。基于细线散射的时域有限差分法分析非均匀结构时,采用阶梯式均匀传输线模型,对非均匀传输线进行分段逼近。针对不等长、线径变化、非平行线和交叉线4种情况分析其参数变化对串扰的影响。研究表明：不等长电缆超出部分长度对串扰耦合幅度影响较小,对谐振频率影响较大;电缆线径的变化对其串扰耦合影响较小;非平行线和交叉线的角度对电缆间串扰的影响较大。     

高速数字电路PCB中串扰问题的研究与仿真

针对高速数字电路PCB中传输线间串扰的严重性,从精确分析PCB中串扰噪声的角度出发,在传统的双线耦合模型的基础上,采用了一种三线串扰耦合模型。该模型由两条攻击线和一条受害线组成,两条攻击线位于受害线的两侧,线间采取平行耦合的方式。利用信号完整性仿真软件Hyperlynx对受害线上的近端串扰噪声和远端串扰噪声进行了仿真。仿真结果表明,不同的传输模式和传输线类型、信号层与地平面的距离、耦合长度、传输线间距和信号上升/下降沿等因素会对受害线上的近端串扰和远端串扰产生较大的影响。在分析仿真结果的基础上,总结出了高速PCB设计中抑制串扰的有效措施,对高速数字电路设计有一定的指导意义。     

基于积分方程等效电路和BLT方程的传导耦合效应仿真分析

提出了基于积分方程等效电路和Baum-Liu-Tesche(BLT)方程的电磁脉冲传导耦合效应分析方法, 建立外部电磁干扰等效源模型, 提取等效电流和阻抗参数.对内部含复杂传输线网络和集成电路插件的电子设备建立了电磁拓扑模型, 采用BLT方程分析电磁脉冲响应.仿真分析了内部传输线连接关系、外部信号线长度和半径大小、节点负载等因素对传导耦合效应的影响.将计算结果和商用电磁仿真软件CST的结果进行了对比, 分析了所提方法的有效性, 可为电子设备电磁脉冲防护设计提供参考.     

Circuit-Concept Approach to Externally Excited Transmission Lines

The coupling of external electromagnetic waves to transmission lines is developed using a circuit-analysis concept. The validity of forcing terms of line equations reported in the literature is confirmed by experimental results of a wire model that is installed above a ?perfectly? conducting ground plane and excited by plane waves of parallel and perpendicular polarizations. Equivalent-circuit representations are derived from solutions of the equations. These are versatile expressions for prediction of coupling of external waves to various types of lines. Coupling, externally excited transmission line, line equations, forcing terms.     

Fast transient analysis of incident field coupling to multiconductor transmission lines

Due to the rapid surge in operating frequencies and complexity of modern electronic designs, accurate/fast electromagnetic compatibility/interference analysis is becoming mandatory. This paper presents a closed-form SPICE macromodel for fast transient analysis of lossy multiconductor transmission lines in the presence of incident electromagnetic fields. In the proposed algorithm, the equivalent sources due to incident field coupling have been formulated so as to take an advantage of the recently developed delay extraction based passive transmission line macromodels. Also, a method to incorporate frequency-dependent per-unit-length parameters is presented. The time-domain macromodel is in the form of ordinary differential equations and can be easily included in SPICE like simulators for transient analysis. The proposed algorithm while guaranteeing the stability of the simulation by employing passive transmission line macromodel, provides significant speed-up for the incident field coupling analysis of multiconductor transmission line networks, especially with large delay and low losses.     

Time-domain modeling of high-speed interconnects by modified methodof characteristics

In this paper, a new model of lossy transmission lines is presented for the time-domain simulation of high-speed interconnects. This model is based on the modified method of characteristics (MMC). The characteristic functions are first approximated by applying lower order Taylor series in the frequency domain, and then a set of simple recursive formulas are obtained in the time domain. The formulas, which involve tracking performances between two ends of a transmission line, are similar to those derived by the method of characteristics for lossless and undistorted lossy transmission lines. The algorithm, based on the proposed MMC model, can efficiently evaluate transient responses of high-speed interconnects. It only uses the quantities at two ends of the lines, requiring less computation time and less memory space than required by other methods. Examples indicate that the new method has high accuracy and is very efficient for the time-domain simulation of interconnects in high-speed integrated circuits