Ads与振荡器.PDF

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Ads与振荡器

Ads 與振盪器 康皓程 羅智中 謝政諺 簡楷哲 近年來手機及個人行動通訊的需求蓬勃發展,所以尋求高效能及高頻率的印刷電 路板(PCB)成為一重要課題;許多高速電路及高頻電路設計者為了降低產品的價 格及提昇市場競爭力;FR4 是目前印刷電路板最常選用的介質材料,它不僅價格 便宜而且具有良好的製作特性,可使用在 1MHz 至 1GHz 甚至到 3GHz 以上範 圍的電子產品;但是印刷電路板的材料特性會因為製作程序及製作環境係數的不 同而改變,電路板之介質材料的特性表現對高頻或高速電路的特性影響很大,其 中以介電係數(εr )及衰減係數(α)是影響電路表現的重要參數;介電常數 會影響電路的特性阻抗及訊號的傳播速度,而衰減係數則相關於訊號傳輸時其能 量的耗損。但是目前網路分析儀只能測量出印刷電路板的 S 參數,並沒有提供 一個簡單的按鍵就可以很容易測量出 PCB 的衰減係數及介電係數。 當然隨著應用頻率範圍高低有數種介質材料的介電係數及衰減係數量測方法 [1][2][3] ,本論文主要是利用一段10 公分長之傳輸線,以 HP8753D 網路分析 儀,實際量測出 S 參數,並將數據結果導入安捷倫公司的模擬軟體 ADS 中, 使用軟體提供之最佳化方法,完成 FR4 介質材料基板在 0.72mm 板厚、銅箔厚 度約 0.04mm 印刷電路板(PCB)的介電係數(εr )及衰減係數(α)量測 使用 ADS 之最佳化功能完成PCB 金屬耗損、介電材質耗損及有效介電係數量 測本論文採用介電材質板厚為0.72mm ,銅箔厚度為0.04mm 之FR4 印刷電路 板;首先製作一條10cm長,特性阻抗為50 歐姆之傳輸線,如圖2 所示;並使用 HP8753D 網路分析儀,實際量測出其在100MHz 至 3GHz 之S 參數值,然後將 數據導入安捷倫公司的模擬軟體ADS 中,如圖3.所示為量 測數據之輸出結果。 在ADS 軟體中完成如圖4.所示之等效傳輸線電路模組,其中L1 、C1 、L2 、C2 為 量測電路中SMA接頭的等效電路;然後使用ADS 模擬軟體之最佳化方法,設定 目標,直到等效電路輸出數據與量測結果相等為止,如圖5.所示。 依據圖4 最佳化結果,將會獲得傳輸線特性阻抗(characteristic impedance) Z=48.3 歐姆,有效介電常數(effective dielectric constant) K=3.19 、金屬衰減係attenuation) A=0.996696 dB/m 、介電材質衰減係數(dielectric loss tangent) TanD=0.0195152 , 由公式(2)及(3)分別求出金屬線的耗損( cond . α)及介電材質衰減值( diel. α) ,結果如圖6.所示。圖6.結果顯示,當PCB工作頻率高於100MHz以上時,介 電材質衰減係數將會是PCB 主要衰減量。最後我們將獲得之金屬線的耗損 ( cond . α)及介電材質衰減值( diel. α)加總與量測值做比較,兩者數據極為吻 合,如圖7.所示。 首先當我把金屬的導電係數設定為理想導體(perfect conductor)時,其模擬結果將 如圖11.所示,總衰減耗損與量測結果會有誤差,那是因為當我們把金屬的導電 係數設定為理想導體時,模擬結果不會含有金屬耗損, 所以必須更改金屬導電 率(Conductivity)再重新模擬。經由多次的嘗試錯誤,當金屬導電率為6×106 (Siemens/m)時,模擬結果與測量值相近,如圖12.所示。 振盪器 振盪器(英語:oscillator )是用來產生具有周期性的模擬信號(通常是正弦波或 方波)的電子電路。通常由放大電路、選頻網路、正反饋網路和穩幅環節組成[1] 。 低頻振盪器(low-frequency oscillator, LFO )是指產生頻率在0.1 到 10 赫茲之間 的交流訊號振盪器。它通常用在音訊合成中,用來區別其他

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