Equipamento de teste
O teste de integridade do sinal é igual ao cálculo da simulação, sendo que ambos precisam ser analisados no domínio do tempo e no domínio da frequência; o teste de integridade de sinal do conector elétrico no domínio do tempo usa principalmente o refletômetro no domínio do tempo.
(TDR) para testar a alteração da impedância característica do conector elétrico, o resultado do teste será exibido no display do refletômetro de domínio do tempo (TDR) na forma de uma curva. O instrumento de teste usado para a análise da integridade do sinal no domínio da frequência é o analisador de rede vetorial (VNA). A principal função do analisador de rede vetorial (VNA) é testar os parâmetros S do multicondutor no conector elétrico. Com o aprimoramento do instrumento, parte dele também pode testar o valor da impedância característica no domínio do tempo. Portanto, comparado com a faixa de teste desses dois instrumentos, verifica-se que o analisador de rede vetorial (VNA) tem uma gama mais ampla de aplicações, especialmente após o teste de impedância característica ser adicionado, é completamente possível usar este instrumento para completar o conector elétrico Teste de integridade de sinal; portanto, vamos falar sobre o analisador de rede vetorial (VNA) hoje para testar os parâmetros relacionados da integridade do sinal do conector elétrico USB 3.1 Tipo C.
No processo de teste de integridade de sinal de conectores elétricos, além da seleção de instrumentos de medição adequados, o método de conexão e a escolha dos fios de conexão também terão um grande impacto na medição do conector. Ao testar um sistema de conexão de baixa velocidade, ele geralmente é selecionado para conectar diretamente o sistema em teste com o instrumento de medição por meio de um fio e um cabo de teste para teste. Esses métodos de conexão podem ser vistos em todos os lugares, como o processo de teste de um multímetro, o método de conexão de um osciloscópio, etc. Tal método de teste não terá um grande impacto no resultado ao medir sinais elétricos em um sistema de baixa velocidade, mas é diferente na era da alta velocidade Em um sistema de transmissão de alta velocidade, como a transmissão de sinal em um conector elétrico de alta velocidade, pequenas mudanças estruturais na parte de contato terão um grande impacto na transmissão de sinais de alta velocidade , especialmente causando descontinuidade na impedância e aumentando a reflexão. Portanto, a escolha da linha de conexão e do modo de conexão tem um efeito muito importante na integridade do sinal do conector do ponto de teste. O método de medição atual usa principalmente um conector SMA de radiofrequência dedicado para conectar o conector elétrico USB 3.1 Tipo C e o analisador de rede vetorial (VNA). SMA é na verdade um conector, seu nome em inglês é Sub-Miniature-A, também conhecido como conector coaxial RF da série SMA. O conector coaxial SMA é um tipo de detecção de sinal de micro-ondas comumente usado em 26,5 GHz. Sua estrutura também é dividida em masculina e feminina. A estrutura da parte do conector é principalmente a parte de contato central para a transmissão do sinal, realizando a blindagem e o envoltório isolante e a parte de suporte e a parte de contato externa que realiza a conexão das cabeças macho e fêmea. Geralmente, o conector macho está na linha coaxial e o conector fêmea está no equipamento ou instrumento. As cabeças macho e fêmea são conectadas por meio de uma estrutura roscada, que é mais estável.
Calibração do instrumento
No experimento de teste, a precisão dos dados de medição está diretamente relacionada à precisão do objeto a ser testado e à credibilidade do processo de teste. Portanto, a fim de garantir a precisão e confiabilidade dos resultados da medição, é necessário calibrar o equipamento de teste antes do teste experimental para evitar o desvio de medição do equipamento no uso a longo prazo, e até mesmo grandes desvios, o que fará o trabalho de teste. Trouxe muita incerteza. Portanto, para garantir a precisão, veracidade e validade dos dados de teste, é necessário calibrar o instrumento de teste. O equipamento de teste que escolhemos é um analisador de rede vetorial (VNA), conector SMA e um dispositivo de teste projetado por nós. Portanto, o analisador de rede vetorial (VNA) deve ser calibrado antes de prosseguir com o teste. Uma vez que o método de teste do analisador de rede (VNA) é realizado no domínio da frequência, ele não se preocupa com a estrutura interna do objeto em teste durante o teste, e só precisa obter os parâmetros relevantes dos planos de referência em ambos lados. No entanto, no processo de medição real, o plano de referência geralmente não está na interface do objeto medido, mas dentro do analisador de rede vetorial. Haverá grandes erros no processo de medição, por isso é necessário calibrar o plano de referência e passar na calibração. , O plano de referência é movido para as duas extremidades do objeto medido para eliminar o erro do sistema; na verdade, o processo de eliminação de erros é um processo de operação matemática, e o resultado da medição real é a característica que não tem nada a ver com o vetor de característica real do objeto medido. É formado pela superposição de vetor, desde que você conheça a característica vetor que nada tem a ver com o objeto medido, é fácil eliminar essa parte do erro, e o resultado após a eliminação dos fatores irrelevantes é o resultado real da medição.
Existem dois métodos comumente usados para calibração do analisador de rede vetorial (VNA), calibração SOLT e
Calibração TRL. O nome completo em inglês de SOLT é Short Open Load Transmission, que significa métodos de calibração de curto-circuito, circuito aberto, carga e transmissão. O nome completo em inglês do TRL é Transmission Reflection Line, que é o método de calibração de linhas diretas, de reflexão e de transmissão. As vantagens e desvantagens específicas são mostradas na tabela a seguir:
Ao comparar as características dos dois métodos de calibração, na pesquisa deste assunto, o restrito
Método de calibração TRL com alto grau de precisão. O método de calibração TRL é relativamente simples para o processo de calibração do analisador de rede vetorial. O processo específico tem três etapas: calibração de conexão direta, calibração de conexão de reflexão e calibração de conexão de linha de retardo. Essas três etapas são métodos de conexão diferentes que serão calibrados um a um, sem diferença. O processo de calibração específico é o seguinte:
(1) Calibração de conexão direta (Thru): Na verdade, é para conectar diretamente a porta 1 e a porta 2 do plano de referência e, em seguida, realizar a medição, conforme mostrado na figura a seguir:
(2) Calibração da conexão de reflexão (Refletir): É necessário adicionar uma carga com um grande coeficiente de reflexão no meio do plano de referência. A maneira mais fácil é desconectar diretamente os dois planos de referência, conforme mostrado na figura a seguir:
(3) Calibração da conexão da linha de atraso (Linha): Realize a medição conectando uma linha de transmissão combinando a impedância do objeto em teste entre os dois planos de referência, conforme mostrado na figura a seguir:
Após essas três etapas de calibração, o erro da caixa de erro do meio dos dois planos de medição pode ser calculado, e o resultado do teste real do objeto testado pode ser obtido executando operações matemáticas com os resultados do teste original.
Projeto do dispositivo de teste
A chave para o projeto do dispositivo de teste é a escolha da nova estrutura da linha de transmissão da placa PCB e a configuração da impedância diferencial.
Conjunto. A estrutura da linha de transmissão de PCB é composta principalmente de linha de microfita, linha de tira e onda guiada coplanar. De acordo com a descrição dessas características estruturais no Capítulo 2,
Verificou-se que a linha de tira é muito adequada para uso no teste de objetos de pesquisa de alta velocidade, independentemente de sua distribuição de campo magnético, controle de impedância ou sua capacidade anti-interferência.
Na pesquisa do assunto, a estrutura stripline é selecionada como a linha de transmissão na placa PCB do dispositivo de teste.
No passado, para o cálculo da impedância do stripline, parâmetros básicos como propriedades do material, espessura e largura da linha eram frequentemente incluídos na fórmula empírica de cálculo, mas a fórmula empírica não é muito precisa,
e foi calculado.
O processo é muito complicado e sujeito a erros. Desde que a Polar Company lançou o software de cálculo de impedância clássico Polar SI9000, o processo de cálculo de impedância e a complexidade foram bastante reduzidos,
portanto, este software é usado para calcular o projeto de impedância de stripline. De acordo com as características de transmissão do conector elétrico USB 3.1 Tipo C, a impedância diferencial da linha de transmissão é 100Ω e a impedância de terminação única é 50Ω. Sob essa premissa, os diversos valores dos parâmetros da faixa são obtidos por meio do software, conforme tabela a seguir.
No teste real, você só precisa conectar os conectores macho e fêmea e conectá-los ao analisador de rede vetorial por meio do SMA.
Análise de dados de resultados de teste
Conecte o conector elétrico USB 3.1 Tipo C, dispositivo de teste e analisador de rede vetorial conforme mostrado na Figura 5-9 e, em seguida, teste os parâmetros relevantes do conector elétrico e, após analisar os resultados medidos, selecione Um par de pares diferenciais é usado para uma análise detalhada. A Figura 5-11 é a comparação entre a impedância característica TDR medida do par diferencial e os resultados da simulação, Figura 5-12, Figura 5-13, Figura 5-14, Figura 5-15. É um gráfico de comparação dos parâmetros S medidos e parâmetros S simulados.
De acordo com a análise comparativa acima, verifica-se que os resultados do teste e os resultados da simulação não se sobrepõem completamente, havendo sempre um certo grau de erro.
Os resultados do teste sempre parecem ter pior desempenho em comparação com os resultados da simulação, mas não importa qual resultado do parâmetro é comparado, pode-se verificar que a tendência da curva do resultado do teste é sempre consistente com a tendência da curva do teste do resultado da simulação, e não há flutuação significativa.
Os motivos do erro são analisados da seguinte forma:
(1) Operação humana e fatores ambientais inadequados, os erros causados por esses fatores não podem ser completamente eliminados, mas os erros podem ser reduzidos pela operação padrão e pela seleção de um ambiente de teste apropriado.
(2) No software de simulação eletromagnética, o modelo é muito simples e não parece estar danificado ou entalhado, mas o conector elétrico no teste real é obtido por meio de processamento e montagem passo a passo.
No processo de produção, inevitavelmente haverá alguns erros no tamanho da linha de transmissão do conector elétrico, e o pino não pode ser totalmente liso. Durante o processo de montagem, podem existir desgastes e arranhões em cada peça.
Esses problemas aparentemente menores serão refletidos no processo de transmissão do sinal de alta velocidade.
(3) Da mesma forma, o problema dos materiais de conexão elétrica também tem um certo impacto. No software de simulação, os materiais de cada parte da estrutura do conector de ponto devem ser uniformes e as propriedades dos materiais também são definidas como constantes, mas em testes reais O conector elétrico selecionado não pode alcançar uma distribuição completamente uniforme de materiais, nem as propriedades do material podem permanecer inalteradas durante o teste.
Essas alterações também causarão erros nos resultados do teste.
Mesmo esses pequenos erros não afetarão a credibilidade da simulação de verificação e a viabilidade da otimização do conector elétrico. Portanto, com base na análise dos resultados, os resultados da simulação do software de simulação eletromagnética HFSS utilizado neste tópico são verdadeiros e confiáveis no projeto de conectores elétricos de alta velocidade, e a otimização deste conector elétrico deve atender aos seus requisitos velocidade de transmissão do projeto.
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