Equipos de prueba
La prueba de la integridad de la señal es la misma que el cálculo de la simulación, que necesita ser analizado en el dominio del tiempo y el dominio de frecuencia; la prueba de integridad de la señal del conector eléctrico en el dominio del tiempo utiliza principalmente el reflectómetro de dominio de tiempo.
(TDR) para probar el cambio de la impedancia característica del conector eléctrico, el resultado de la prueba se mostrará en la visualización del reflectómetro de dominio de tiempo (TDR) en forma de curva. El instrumento de prueba utilizado para el análisis de la integridad de la señal en el dominio de frecuencia es el analizador de red vectorial (VNA). La función principal del analizador de red vectorial (VNA) es probar los parámetros S del multiconducto en el conector eléctrico. Con la mejora del instrumento, parte de él también puede probar el valor de impedancia característica en el dominio del tiempo. Por lo tanto, en comparación con el rango de prueba de estos dos instrumentos, se encuentra que el analizador de red vectorial (VNA) tiene una gama más amplia de aplicaciones, especialmente después de que se agrega la prueba de impedancia característica, es completamente posible utilizar este instrumento para completar la prueba de integridad de la señal del conector eléctrico; por lo tanto, hablemos del analizador de red vectorial (VNA) hoy para probar los parámetros relacionados de la integridad de la señal del conector eléctrico USB 3.1 Tipo C.
En el proceso de prueba de integridad de la señal de conectores eléctricos, además de seleccionar los instrumentos de medición adecuados, el método de conexión y la elección de los cables de conexión también tendrán un gran impacto en la medición del conector. Al probar un sistema de conexión de baja velocidad, normalmente se selecciona conectar directamente el sistema sometido a prueba con el instrumento de medición a través de un cable y un cable de prueba para las pruebas. Tales métodos de conexión se pueden ver en todas partes, como el proceso de prueba de un multímetro, el método de conexión de un osciloscopio, etc. Este método de prueba no tendrá un gran impacto en el resultado al medir señales eléctricas en un sistema de baja velocidad, pero es diferente en la era de alta velocidad En un sistema de transmisión de alta velocidad, como la transmisión de señal en un conector eléctrico de alta velocidad, pequeños cambios estructurales en la parte de contacto tendrán un gran impacto en la transmisión de señales de alta velocidad , especialmente causando discontinuidad en la impedancia y aumento de la reflexión. Por lo tanto, la elección de la línea de conexión y el modo de conexión tiene un efecto muy importante en la integridad de la señal del conector del punto de prueba. El método de medición de corriente utiliza principalmente un conector SMA de radiofrecuencia dedicado para conectar el conector eléctrico USB 3.1 Tipo C y el analizador de red vectorial (VNA). SMA es en realidad un conector, su nombre en inglés es Sub-Miniature-A, también conocido como conector coaxial RF de la serie SMA. El conector coaxial SMA es un tipo de detección de señal de microondas comúnmente utilizado dentro de 26.5GHz. Su estructura también se divide en macho y hembra. La estructura de la parte del conector es principalmente la parte de contacto central para la transmisión de señal, realizando blindaje y la parte de envoltura y soporte aislante y la parte de contacto externa que realiza la conexión de las cabezas masculinas y femeninas. Generalmente, el conector macho está en la línea coaxial, y el conector hembra está en el equipo o instrumento. Las cabezas masculinas y femeninas están conectadas a través de una estructura roscada, que es más estable.
Calibración del instrumento
En el experimento de prueba, la precisión de los datos de medición está directamente relacionada con la precisión del objeto a probar y la credibilidad del proceso de prueba. Por lo tanto, con el fin de garantizar la precisión y fiabilidad de los resultados de la medición, es necesario calibrar el equipo de prueba antes de la prueba experimental para evitar la desviación de medición del equipo en el uso a largo plazo, e incluso grandes desviaciones, lo que hará que la prueba funcione. Trajo mucha incertidumbre. Por lo tanto, para garantizar la exactitud, veracidad y validez de los datos de prueba, es necesario calibrar el instrumento de ensayo. El equipo de prueba que elegimos es un analizador de red vectorial (VNA), un conector SMA y un accesorio de prueba diseñado por nosotros mismos. Por lo tanto, el analizador de red vectorial (VNA) debe calibrarse antes de continuar con la prueba. Puesto que el método de prueba del analizador de red (VNA) se lleva a cabo en el dominio de frecuencia, no se preocupa por la estructura interna del objeto bajo prueba durante la prueba, y sólo necesita obtener los parámetros relevantes de los planos de referencia en ambos lados. Sin embargo, en el proceso de medición real, el plano de referencia a menudo no está en la interfaz del objeto medido, sino dentro del analizador de red vectorial. Habrá grandes errores en el proceso de medición, por lo que es necesario calibrar el plano de referencia y pasar la calibración. , El plano de referencia se mueve a los dos extremos del objeto medido para eliminar el error del sistema; de hecho, el proceso de eliminación de errores es un proceso de operación matemática, y el resultado de la medición real es la característica que nada tiene que ver con el vector característico real del objeto medido Está formado por superposición vectorial, siempre y cuando conozca el vector característico que no tiene nada que ver con el objeto medido, es fácil eliminar esta parte del error , y el resultado después de eliminar los factores irrelevantes es el resultado real de la medición.
Existen dos métodos comúnmente utilizados para la calibración del analizador de red vectorial (VNA), la calibración SOLT y
Calibración TRL. El nombre completo en inglés de SOLT es Short Open Load Transmission, que significa cortocircuito, circuito abierto, carga y métodos de calibración de transmisión. El nombre completo en inglés de TRL es Transmission Reflection Line, que es el método de calibración de líneas directas, de reflexión y de transmisión. Las ventajas y desventajas específicas se muestran en la siguiente tabla:
Al comparar las características de los dos métodos de calibración, en la investigación de este tema, la
Método de calibración TRL con alto grado de precisión. El método de calibración TRL es relativamente sencillo para el proceso de calibración del analizador de red vectorial. El proceso específico tiene tres pasos: calibración directa de la conexión, calibración de la conexión de reflexión y calibración de la conexión de la línea de retardo. Estos tres pasos son diferentes métodos de conexión que se calibrarán uno por uno sin diferencia. El proceso de calibración específico es el siguiente:
(1) A través de la calibración de la conexión (Thru): De hecho, es conectar directamente el puerto 1 y el puerto 2 del plano de referencia, y luego realizar la medición, como se muestra en la figura siguiente:
(2) Reflejar la calibración de la conexión (Reflejar): Se requiere añadir una carga con un gran coeficiente de reflexión en el centro del plano de referencia. La forma más fácil es desconectar directamente los dos planos de referencia, como se muestra en la figura siguiente:
(3) Calibración de la conexión de línea de retardo (Línea): Realice la medición conectando una línea de transmisión que coincida con la impedancia del objeto sometido a prueba entre los dos planos de referencia, como se muestra en la figura siguiente:
Después de estos tres pasos de calibración, se puede calcular el error del cuadro de error medio de los dos planos de medición, y el resultado real de la prueba del objeto probado se puede obtener realizando operaciones matemáticas con los resultados de la prueba original.
Diseño de la prueba de fijación
La clave para el diseño del accesorio de prueba es la elección de la nueva estructura de la línea de transmisión de la placa PCB y el ajuste de la impedancia diferencial.
Establecer. La estructura de la línea de transmisión de PCB se compone principalmente de línea de microstrip, línea de tiras y onda guiada coplanares. De acuerdo con la descripción de estas características estructurales en el capítulo 2,
se encuentra que la línea de tiras es muy adecuada para su uso en la prueba de objetos de investigación de alta velocidad, independientemente de su distribución de campo magnético, control de impedancia o su capacidad anti-interferencia.
En la investigación del sujeto, la estructura de la línea de banda se selecciona como la línea de transmisión en la placa PCB del accesorio de prueba.
En el pasado, para el cálculo de la impedancia de la línea de rayas, los parámetros básicos como las propiedades del material, el grosor y el ancho de línea a menudo se introdujeron en la fórmula empírica para el cálculo, pero la fórmula empírica no es muy precisa,
y se ha calculado.
El proceso es muy complicado y propenso a errores. Desde que Polar Company lanzó el clásico software de cálculo de impedancia Polar SI9000, el proceso de cálculo de impedancia y engorrosidad se han reducido en gran medida,
por lo que este software se utiliza para calcular el diseño de impedancia de línea de banda. De acuerdo con las características de transmisión del conector eléctrico USB 3.1 Tipo C, la impedancia diferencial de la línea de transmisión es de 100o, y la impedancia de un solo extremo es de 50o. Bajo esta premisa, los diversos valores de parámetro de la línea de tira se obtienen a través del software, como se muestra en la tabla siguiente.
En la prueba real, solo necesita conectar los conectores macho y hembra y conectarlos al analizador de red vectorial a través de SMA.
Análisis de datos de los resultados de las pruebas
Conecte el conector eléctrico USB 3.1 Tipo C, el accesorio de prueba y el analizador de red vectorial como se muestra en la Figura 5-9 y, a continuación, pruebe los parámetros relevantes del conector eléctrico y, después de analizar los resultados medidos, seleccione Se utilizará un par de pares diferenciales para un análisis detallado. La Figura 5-11 es la comparación entre la impedancia característica TDR medida del par diferencial y los resultados de simulación, Figura 5-12, Figura 5-13, Figura 5-14, Figura 5-15 Es un gráfico de comparación de parámetros S medidos y parámetros S simulados.
De acuerdo con el análisis comparativo anterior, se encuentra que los resultados de la prueba y los resultados de la simulación no se superponen completamente, y siempre hay un cierto grado de error.
Los resultados de la prueba siempre parecen tener un peor rendimiento en comparación con los resultados de la simulación, pero no importa qué resultado del parámetro se compara, se puede encontrar que la tendencia de la curva del resultado de la prueba es siempre coherente con la tendencia de la curva de prueba del resultado de la simulación, y no hay fluctuación significativa.
Las razones del error se analizan de la siguiente manera:
(1) El funcionamiento humano inadecuado y los factores ambientales, los errores causados por estos factores no pueden eliminarse por completo, pero los errores pueden reducirse mediante el funcionamiento estándar y la selección de un entorno de prueba adecuado.
(2) En el software de simulación electromagnética, el modelo es muy ordenado y no parece estar dañado o muesca, pero el conector eléctrico en la prueba real se obtiene a través del procesamiento y montaje paso a paso.
En el proceso de producción, inevitablemente habrá algunos errores en el tamaño de la línea de transmisión del conector eléctrico, y el pin no puede ser absolutamente suave. Durante el proceso de montaje, puede haber desgaste y arañazos en cada pieza.
Estos problemas aparentemente menores se reflejarán en el proceso de transmisión de señal de alta velocidad.
(3) Del mismo modo, el problema de los materiales de conexión eléctrica también tiene un cierto impacto. En el software de simulación, los materiales de cada parte de la estructura del conector de punto deben ser uniformes, y las propiedades de los materiales también se establecen como constantes, pero en las pruebas reales El conector eléctrico seleccionado no puede lograr una distribución completamente uniforme de los materiales, ni las propiedades del material pueden permanecer sin cambios durante la prueba.
Estos cambios también provocarán errores en los resultados de la prueba.
Incluso estos pequeños errores no afectarán la credibilidad de la simulación de verificación y la viabilidad de la optimización del conector eléctrico. Por lo tanto, sobre la base del análisis de los resultados, los resultados de simulación del software de simulación electromagnética HFSS utilizado en este tema son verdaderos y fiables en el diseño de conectores eléctricos de alta velocidad, y la optimización de este conector eléctrico debe cumplir con los requisitos de su velocidad de transmisión de diseño.
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