к.т.н. Калимулин И.Ф., к.т.н. Заболоцкий А.М.

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР), Россия

Алгоритм синтеза трёхмерной электродинамической модели посадочного места ПАВ-фильтра

В процессе проектирования электронных устройств часто возникает задача моделирования параметров принципиальной схемы или печатной платы, однако зачастую достаточно оценить параметры только критичных участков цепей и трасс [1]. Большинство систем электродинамического или квазистатического моделирования имеют внутренний язык описания моделей. Например, модуль MOM3D системы TALGAT [2] позволяет вычислять ёмкостную матрицу трёхмерных структур, состоящих из проводников и диэлектриков. При этом для корректного вычисления матрицы, структуры должны быть заданы прямоугольниками, ортогональными декартовым осям. Для описания структур модуль содержит набор команд для оперирования примитивами: создание плоскости по двум заданным точкам, задание диэлектрической проницаемости и т.п. Чтобы выполнить моделирование реальных участков печатных плат, необходимо пойти одним из следующих путей: 1 – описание (“программирование”) в ручном режиме каждой структуры; 2 – импорт печатной платы из сторонней системы автоматизированного проектирования (САПР) плат; 3 – реализовать свой собственный квази-трёхмерный редактор плат или полноценный трёхмерный редактор структур; 4 – для типовых печатных структур реализовать генератор модели в виде вспомогательной программы. Наиболее удобными в использовании для инженера являются совместное использование вариантов 2 и 3. При создании промышленной системы электродинамического моделирования, эти варианты являются наиболее длительными, однако реальные задачи необходимо решать сразу, поэтому оптимальным является вариант 4. Цель работы – представить алгоритм синтеза электродинамической модели, описываемой в командах модуля MOM3D для участка печатной платы с посадочным местом ПАВ-фильтра.

Корпуса ПАВ-фильтров производства лаборатории «Акустоэлектронные устройства» Московского Технического Университета Связи и Информатики (МТУСИ) имеют несколько стандартных конструкций. В работе рассматривается алгоритм для одного из наиболее сложных вариантов, имеющий 6 контактных площадок – корпус KD-V99D59-A, производства Kyocera (Япония) (рис. 1а).

Рис. 1. Вид посадочного места на печатной плате для корпуса KD‑V99D59‑A (а), схема модели (б)

Плата двухслойная, нижний проводящий слой  – схемная земля, которая задаётся в виде бесконечной земли с помощью команды «SET_INFINITE_GROUND3D 1», т.е. отдельно изображать нижний проводник не требуется. Алгоритм:

1. Задание начальных данных. Размеры участка платы, т.е. диэлектрика (pcb_length, pcb_width), размеры области с контактными площадками (pad_area_length, pad_area_width), ширина площадки (pad_width), длина площадки (pad_short), длина длинной площадки (pad_long), расстояние между группами площадок (slice_indent), полная толщина материала платы (material_thickness), толщина диэлектрика (pcb_thickness).

2. Вычисление координат ключевых точек K1, K3, K5 (рис. 1б).

3. Вычисление координат для плоскостей диэлектриков, расположенных в участках Slice1–Slice7.

4. Вычисление координат плоскостей контактных площадок 1–6.

5. Генерация описания модели для диэлектриков и площадок. Добавление в модель команд для управления шагом сетки сегментации.

6. Генерация итогового скрипта и сохранение в файл.

Рис. 2. Электродинамическая 3D-модель посадочного места
для корпуса KD‑V99D59‑A

Разработанный алгоритм и его программная реализация позволили сэкономить время на ручной разработке модели. Кроме этого, было проведено исследование влияния толщины контактных площадок (толщины фольги) и толщины диэлектрика на электрические характеристики посадочного места.

Литература

1. Калимулин И.Ф. Оценка электромагнитной наводки со входа на выход посадочного места ПАВ-фильтра // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2013. – Т. 4, № 30. – С. 54–57.

2. Куксенко С.П., Заболоцкий А.М., Мелкозёров А.О., Газизов Т.Р. Новые возможности системы моделирования электромагнитной совместимости TALGAT // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2015. – Т. 2, № 36. – С. 45–50.