Équipement de test
Le test d'intégrité du signal est le même que le calcul de simulation, qui doivent tous deux être analysés à la fois dans le domaine temporel et dans le domaine fréquentiel; le test d'intégrité du signal du connecteur électrique dans le domaine temporel utilise principalement le réflectomètre temporel.
(TDR) pour tester le changement de l'impédance caractéristique du connecteur électrique, le résultat du test sera affiché sur l'écran du réflectomètre temporel (TDR) sous la forme d'une courbe. L'instrument de test utilisé pour l'analyse de l'intégrité du signal dans le domaine fréquentiel est l'analyseur de réseau vectoriel (VNA). La fonction principale de l'analyseur de réseau vectoriel (VNA) est de tester les paramètres S du multiconducteur dans le connecteur électrique. Avec l'amélioration de l'instrument, une partie de celui-ci peut également tester la valeur d'impédance caractéristique dans le domaine temporel. Par conséquent, par rapport à la plage de test de ces deux instruments, on constate que l'analyseur de réseau vectoriel (VNA) a une plus large gamme d'applications, surtout après l'ajout du test d'impédance caractéristique, il est tout à fait possible d'utiliser cet instrument pour connecteur électrique Test d'intégrité du signal; Par conséquent, parlons aujourd'hui de l'analyseur de réseau vectoriel (VNA) pour tester les paramètres associés de l'intégrité du signal du connecteur électrique USB 3.1 Type C.
Dans le processus de test d'intégrité du signal des connecteurs électriques, outre la sélection d'instruments de mesure appropriés, la méthode de connexion et le choix des fils de connexion auront également un impact énorme sur la mesure du connecteur. Lors du test d'un système de connexion à faible vitesse, il est généralement sélectionné pour connecter directement le système testé à l'instrument de mesure via un fil et un cordon de test pour le test. De telles méthodes de connexion peuvent être vues partout, comme le processus de test d'un multimètre, la méthode de connexion d'un oscilloscope, etc. Une telle méthode de test n'aura pas un grand impact sur le résultat lors de la mesure de signaux électriques sur un système à faible vitesse, mais c'est différent à l'ère de la grande vitesse Dans un système de transmission à grande vitesse, comme la transmission du signal dans un connecteur électrique à grande vitesse, de petits changements structurels dans la partie de contact auront un impact énorme sur la transmission de signaux à haute vitesse , provoquant notamment une discontinuité d'impédance et une réflexion croissante. Par conséquent, le choix de la ligne de connexion et du mode de connexion a un effet très important sur l'intégrité du signal du connecteur de point de test. La méthode de mesure du courant utilise principalement un connecteur SMA radiofréquence dédié pour connecter le connecteur électrique USB 3.1 Type C et l'analyseur de réseau vectoriel (VNA). SMA est en fait un connecteur, son nom anglais est Sub-Miniature-A, également connu sous le nom de connecteur coaxial RF de la série SMA. Le connecteur coaxial SMA est une sorte de détection de signal hyperfréquence couramment utilisée à 26,5 GHz. Sa structure est également divisée en mâle et femelle. La structure de la partie connecteur est principalement la partie contact centrale pour la transmission du signal, réalisant le blindage et la partie enveloppante et support isolante et la partie contact externe qui réalise la connexion des têtes mâle et femelle. Généralement, le connecteur mâle se trouve sur la ligne coaxiale et le connecteur femelle se trouve sur l'équipement ou l'instrument. Les têtes mâle et femelle sont reliées par une structure filetée, qui est plus stable.
Calibration des instruments
Dans l'expérience de test, la précision des données de mesure est directement liée à la précision de l'objet à tester et à la crédibilité du processus de test. Par conséquent, afin d'assurer l'exactitude et la fiabilité des résultats de mesure, il est nécessaire d'étalonner l'équipement d'essai avant le test expérimental pour éviter l'écart de mesure de l'équipement dans l'utilisation à long terme, et même de grands écarts, ce qui entraînera le travail de test. Apporté beaucoup d'incertitude. Par conséquent, pour garantir l'exactitude, la véracité et la validité des données de test, il est nécessaire d'étalonner l'instrument de test. L'équipement de test que nous avons choisi est un analyseur de réseau vectoriel (VNA), un connecteur SMA et un appareil de test conçu par nos soins. Par conséquent, l'analyseur de réseau vectoriel (VNA) doit être étalonné avant de procéder au test. Étant donné que la méthode de test de l'analyseur de réseau (VNA) est effectuée dans le domaine fréquentiel, elle ne se soucie pas de la structure interne de l'objet testé pendant le test et n'a besoin que d'obtenir les paramètres pertinents des plans de référence sur les deux côtés. Cependant, dans le processus de mesure proprement dit, le plan de référence n'est souvent pas à l'interface de l'objet mesuré, mais à l'intérieur de l'analyseur de réseau vectoriel. Il y aura de grandes erreurs dans le processus de mesure, il est donc nécessaire d'étalonner le plan de référence et de réussir l'étalonnage. , Le plan de référence est déplacé aux deux extrémités de l'objet mesuré pour éliminer l'erreur système; en fait, le processus d'élimination des erreurs est un processus d'opération mathématique, et le résultat réel de la mesure est la caractéristique qui n'a rien à voir avec le vecteur caractéristique réel de l'objet mesuré Il est formé par superposition vectorielle, donc tant que vous connaissez la caractéristique vecteur qui n'a rien à voir avec l'objet mesuré, il est facile d'éliminer cette partie de l'erreur, et le résultat après élimination des facteurs non pertinents est le résultat réel de la mesure.
Il existe deux méthodes couramment utilisées pour l'étalonnage de l'analyseur de réseau vectoriel (VNA), l'étalonnage SOLT et
Calibration TRL. Le nom anglais complet de SOLT est Short Open Load Transmission, ce qui signifie des méthodes d'étalonnage de court-circuit, de circuit ouvert, de charge et de transmission. Le nom anglais complet de TRL est Transmission Reflection Line, qui est la méthode d'étalonnage des lignes directes, de réflexion et de transmission. Les avantages et inconvénients spécifiques sont indiqués dans le tableau suivant:
En comparant les caractéristiques des deux méthodes d'étalonnage, dans la recherche de ce sujet, les
Méthode d'étalonnage TRL avec un haut degré de précision. La méthode d'étalonnage TRL est relativement simple pour le processus d'étalonnage de l'analyseur de réseau vectoriel. Le processus spécifique comporte trois étapes: l'étalonnage de la connexion directe, l'étalonnage de la connexion de réflexion et l'étalonnage de la connexion de la ligne à retard. Ces trois étapes sont des méthodes de connexion différentes qui seront calibrées une par une sans différence. Le processus d'étalonnage spécifique est le suivant:
(1) Calibrage de la connexion Thru (Thru): En fait, il s'agit de connecter directement le port 1 et le port 2 du plan de référence, puis d'effectuer la mesure, comme illustré dans la figure suivante:
(2) Étalonnage de la connexion Reflect (Reflect): Il est nécessaire d'ajouter une charge avec un coefficient de réflexion élevé au milieu du plan de référence. Le moyen le plus simple consiste à déconnecter directement les deux plans de référence, comme illustré dans la figure suivante:
(3) Étalonnage de la connexion de la ligne à retard (ligne): effectuez la mesure en connectant une ligne de transmission correspondant à l'impédance de l'objet testé entre les deux plans de référence, comme illustré dans la figure suivante:
Après ces trois étapes d'étalonnage, l'erreur de la boîte d'erreur du milieu des deux plans de mesure peut être calculée, et le résultat de test réel de l'objet testé peut être obtenu en effectuant des opérations mathématiques avec les résultats de test d'origine.
Conception du banc d'essai
La clé de la conception du montage d'essai est le choix de la nouvelle structure de la ligne de transmission de la carte PCB et le réglage de l'impédance différentielle.
Ensemble. La structure de la ligne de transmission PCB est principalement composée d'une ligne microruban, d'une ligne ruban et d'une onde guidée coplanaire. Selon la description de ces caractéristiques structurelles au chapitre 2,
on constate que la ligne à bande est très appropriée pour une utilisation dans le test d'objets de recherche à grande vitesse, indépendamment de sa distribution de champ magnétique, de son contrôle d'impédance ou de sa capacité anti-interférence.
Dans la recherche du sujet, la structure stripline est choisie comme ligne de transmission sur la carte PCB du montage d'essai.
Dans le passé, pour le calcul de l'impédance stripline, des paramètres de base tels que les propriétés du matériau, l'épaisseur et la largeur de ligne étaient souvent intégrés dans la formule empirique de calcul, mais la formule empirique n'est pas très précise,
et il a été calculé.
Le processus est très compliqué et sujet aux erreurs. Depuis que Polar Company a lancé le logiciel classique de calcul d'impédance Polar SI9000, le processus de calcul d'impédance et la lourdeur ont été considérablement réduits,
donc ce logiciel est utilisé pour calculer la conception de l'impédance stripline. Selon les caractéristiques de transmission du connecteur électrique USB 3.1 Type C, l'impédance différentielle de la ligne de transmission est de 100 Ω et l'impédance asymétrique est de 50 Ω. Dans cette hypothèse, les différentes valeurs de paramètres de la ligne de bande sont obtenues par le logiciel, comme indiqué dans le tableau suivant.
Dans le test réel, il vous suffit de connecter les connecteurs mâle et femelle et de les connecter à l'analyseur de réseau vectoriel via SMA.
Analyse des données des résultats des tests
Connectez le connecteur électrique USB 3.1 Type C, le dispositif de test et l'analyseur de réseau vectoriel comme illustré à la Figure 5-9, puis testez les paramètres pertinents du connecteur électrique, et après avoir analysé les résultats mesurés, sélectionnez Une paire de paires différentielles est utilisée pour une analyse détaillée. La Figure 5-11 est la comparaison entre l'impédance caractéristique TDR mesurée de la paire différentielle et les résultats de la simulation, Figure 5-12, Figure 5-13, Figure 5-14, Figure 5-15 C'est un tableau de comparaison des paramètres S mesurés et paramètres S simulés.
D'après l'analyse comparative ci-dessus, on constate que les résultats des tests et les résultats de la simulation ne se chevauchent pas complètement et qu'il y a toujours un certain degré d'erreur.
Les résultats du test semblent toujours avoir des performances moins bonnes que les résultats de la simulation, mais quel que soit le paramètre qui est comparé, on peut constater que la tendance de la courbe du résultat du test est toujours cohérente avec la tendance de la courbe de test du résultat de la simulation, et il n'y a pas de fluctuation significative.
Les raisons de l'erreur sont analysées comme suit:
(1) Fonctionnement humain incorrect et facteurs environnementaux, les erreurs causées par ces facteurs ne peuvent pas être complètement éliminées, mais les erreurs peuvent être réduites par un fonctionnement standard et la sélection d'un environnement de test approprié.
(2) Dans le logiciel de simulation électromagnétique, le modèle est très soigné et ne semble pas être endommagé ou entaillé, mais le connecteur électrique dans le test réel est obtenu par un traitement et un assemblage étape par étape.
Dans le processus de production, il y aura inévitablement des erreurs dans la taille de la ligne de transmission du connecteur électrique, et la broche ne peut pas être absolument lisse. Pendant le processus d'assemblage, l'usure et les rayures sur chaque pièce peuvent exister.
Ces problèmes apparemment mineurs se refléteront dans le processus de transmission de signal à grande vitesse.
(3) De même, le problème des matériaux de connexion électrique a également un certain impact. Dans le logiciel de simulation, les matériaux de chaque partie de la structure du connecteur ponctuel doivent être uniformes, et les propriétés des matériaux sont également définies comme des constantes, mais dans les tests réels Le connecteur électrique sélectionné ne peut pas obtenir une distribution complètement uniforme des matériaux, les propriétés du matériau ne peuvent pas non plus rester inchangées pendant l'essai.
Ces modifications entraîneront également des erreurs dans les résultats des tests.
Même ces petites erreurs n'affecteront pas la crédibilité de la simulation de vérification et la faisabilité de l'optimisation du connecteur électrique. Par conséquent, sur la base de l'analyse des résultats, les résultats de simulation du logiciel de simulation électromagnétique HFSS utilisé dans ce sujet sont vrais et fiables dans la conception de connecteurs électriques à grande vitesse, et l'optimisation de ce connecteur électrique doit répondre aux exigences de son vitesse de transmission de conception.
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