Томские ученые предложили новый метод расчета для высокоскоростных линий передачи

Ученые Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники предложили новый метод построения расчётной сетки для высокоскоростных линий передачи. Разработка может стать частью отечественной САПР для СВЧ монолитных и гибридных интегральных схем.

В работе участвовали исследователи кафедр сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники и телевидения и управления ТУСУРа. Авторы статьи – Евгений Жечев, Александр Максимов, Михаил Мурманский, Сергей Власов, Дмитрий Клюкин, Салим Карри и Сергей Куксенко.

«По линиям передачи сигналы проходят между компонентами электронных устройств. Чтобы проверить, как будет работать будущая плата или микросхема, инженеры рассчитывают её параметры на компьютере. Для этого поверхность проводников разбивают на небольшие участки – строят расчётную сетку. От размера и расположения этих участков зависит точность модели и число уравнений, которые решает программа, – рассказывает о задачах исследования доцент кафедры СВЧиКР Евгений Жечев. – Возле углов проводников и на границе металла с диэлектриком распределение электрического заряда меняется особенно резко. В этих местах нужна более плотная сетка».

Учёные ТУСУРа предложили способ выбирать размеры участков на основе математического описания этого распределения. Сетку заранее сгущают в местах, где заряд меняется особенно резко, учитывая геометрию проводников и границы диэлектриков. В статье этот подход проверен в том числе на проводниках трапециевидного поперечного сечения. Неизвестные в этом расчёте – значения плотности заряда на участках сетки. Программа находит их, решая систему уравнений.

«Мы проверили предложенный метод на 12 эталонных структурах. Погрешность расчёта параметров линий передачи не превысила 0,01%, – отметил Евгений Жечев. — Новый метод сравнивали с наиболее эффективными из широко используемых итерационных способов построения сетки при той же заданной точности. Учитывали только структуры, на которых этой точности достигли оба подхода. В этом сравнении применение нашего подхода сократило число неизвестных по медиане вдвое».

Разработка связана с созданием отечественной САПР для СВЧ монолитных и гибридных интегральных схем. ТУСУР участвует в этом проекте вместе с российскими организациями и отвечает за схемотехнический редактор и подсистему электромагнитного моделирования. О первых результатах университет уже сообщал в новости о разработке САПР. Предложенный алгоритм можно адаптировать непосредственно для расчёта параметров линий передачи и межсоединений. Такие расчёты нужны, чтобы получать электрические модели и проверять работу СВЧ-устройств на этапе проектирования.

Таким образом выстраивается процесс, когда в научно-исследовательских лабораториях ТУСУРа работают над фундаментальными и прикладными задачами. В рамках программы «Приоритет 2030» повышают готовность полученных решений к практическому применению, после чего внедряют их в реальные продукты.

Среди дальнейших планов – разработка генератора гибридных сеток для электромагнитного анализа трехмерных структур.

Исследование выполнено при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках проекта FEWM-2024-0005.

Результаты исследования опубликованы в журнале IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques (T-MTT).

Фото: Распределение электрического потенциала вокруг проводника и расчётная сетка на его поверхности (ТУСУР).

Источник: Минобрнауки России