关于传输线模型


最近研究J.Baker的混合信号(CMOS Mixed-Signal Circuit Design)一书, 看到里面提到用传输线(transmission-line)实现的梳状滤波器(comb-filter)的例子。关于传输线的东西我基本上没有太多接触,除了最早翻 Thomas.Lee的CMOS射频电路书的时候大致看过之外…于是借这个机会大致看了下spice中对传输线模型(transmission-line model)的描述,在此简单记录下:

SmartSpice中的传输线模型(transmission-line model)大致有四类,主要是损耗之类的差别,具体分别为T model -uncoupled (ideal) lossless; O或TXL model-uncoupled lossy(or losses when R=0); U model-coupled lossy (or lossless when R=0); W model-coupled lossy(or lossless when R=0, G=0)。

这里就简单列一下关于T-model的内容:

无损(理想)传输线的模型基本上描述的方法:元件名,连接节点,特征阻抗(Z0),单位长度延时(TD) 和物理长度(L)。我们可以对照其spice model的描述:
Txxx n1 n2 n3 n4 Z0 | Zo=val TD=val
+
Txxx n1 n2 n3 n4 Z0 | Zo=val F=val
+
Txxx n1 n2 n3 n4 mname
+

上面列出了T-model的三种描述,主要差别在于Z0和TD的描述方法:
1. 直接给出 Z0 和 TD .
2. 利用传输线的频率F和归一化电学长度NL描述: TDeff=TDxL=NL/F.
3. 利用具体的传输线模型(由名称mname确定)来定 Z0 和 TD,如下例的微带线模型
T2 2 0 3 0 strip l=0.16
.MODEL strip T plev=1 elev=1 dlev=2
+ th=1.4mils wd=4mils ht=3mils ts=7.4mils KD=3.5

具体关于由mname的传输线模型的设定方法,可以参考spice的modellib的文档

在smartSpice中的理想传输线的端口关系:

transmission-line-model

Vin(t)=[Vn3(t-TD)-Vn4(t-TD)]+Iout(t-TD)*Z0
Vout(t)=[Vn1(t-TD)-Vn2(t-TD)]+Iin(t-TD)*Z0

我们再回到J.Baker书中构建梳状滤波器的方法,这里基本上是利用传输线的延时特性,对应的spice网表如下:

*modeling the comb-filter with transmission line
.probe vm(vout) vp(vout)
.ac lin 1000 1Meg 1000Meg
Vin vin 0 dc 0 ac 1
Rtout vtout 0 50
Rt1 vtout vout 500
Rt2 vin vout 500
T1 vin 0 vtout 0 z0=50 td=5n
.end

可以看到输出的梳状滤波器的幅度和相位曲线:
comb-filter-simulation-result


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