下面是一款汽车连接器HSD(4+2) 的3D外形:
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其爆炸图如下:
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下面是Rosenboger同款产品的2D图:
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其信号完整性参数如下:
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下面介绍一下如何给上面的3D模型做信号完整性仿真。
在介绍仿真前先介绍一下上面的一些参数:上面的参数中提到了两种阻抗(Impedance),even mode是指偶模,differential mode是指差分,上面参数中,偶模阻抗是32欧姆,差分阻抗是100欧姆。另外上面的回波损耗(Return Loss)、插入损耗(Insertion Loss)、近端串扰(Near End Crosstalk)、远端串扰(Far End Croatalk)都是绝对值,而仿真结果都是负数,需注意。
差分是比较常见的,这里不做解释。偶模不是很常见,这里介绍一下什么是偶模。在一对差分传输线上可能出现以下几种不同的信号状态:
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我们把情况二而称为差模状态,把情况三称为偶模状态。对单根信号线差模状态下的阻抗为差模阻抗,偶模状态下的阻抗为偶模阻抗。下面讲解如何给以上3D模型的差模及偶模做仿真。
Step1 仿真夹具设计
这个连接器的带屏蔽壳这4Pin用以传输信号,另外2Pin用于连接电源。仅需对带屏蔽壳这4Pin做信号完整性仿真即可。这个连接器的锡脚端可以通过设计PCB,Trace端施加激励端口。由于仅有插座的3D没有插头的3D,也无法在端子的端部时间端口。这里可以设计一条带屏蔽的4芯线缆来与端子连接,然后在线缆的端部施加端口。线缆设计也需阻抗匹配,这里将差分阻抗设计到100+/-5欧范围内。PCB 的Trace阻抗直接用Saturn PCB Toolkit计算,就不再做仿真来调整Trace阻抗。
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这个计算结果,与仿真结果是有出入的。夹具设计完成后,如下:
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线缆芯线与连接器端子接触状态如下:
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在接触点处存在截面突变(变小),因而在仿真得到的TDR曲线上也会存在突变(阻抗变大)。
再看下Trace,Trace设计如下
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可以看出在Trace的焊盘处存在截面突变(面积变大),因而在仿真得到的TDR曲线上也会存在突变(阻抗变小)。
Step2 激励端口设置
这里使用CST软件进行信号完整性仿真。在将3D模型导入CST后设置端口,如下:
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在Waveguide Pot的Define Pins中去设置Pin的极性,从而实现仿真差分阻抗及S参数,或者仿真偶模阻抗及其S参数。
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Step3仿真
在做差分仿真时将归一化阻抗设置为100欧
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在做偶模仿真时,将归一化阻抗设置为50欧姆。
Step4 结果分析
分析结果
DDIL(差分插入损耗)
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DDRL(差分回波损耗)
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DDNEXT(差分近端串扰)
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DDFEXT(差分远端串扰)
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TDR(差分时域阻抗)
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可以看出,差分阻抗最小小于75欧与规格值有出入,因而S参数也没达到Rosenberg规格值。可能是端子中断截面太大,内部绝缘材质选用不是特别恰当。
下面是共模阻抗的仿真结果:
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TDR对连接器设计具有十分重要的指导意,看TDR曲线时一定要 分清那段时对应夹具阻抗,曲线的哪段对应端子,这部分曲线细微的变化对应着端子形状及截面变化,介质的改变也会导致阻抗的改变。
本文的示例3D及仿真结果以上传到CSDN,下载链接为:https://mp.csdn.net/mp_download/manage/download/UpDetailed