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28
May

TDR (Time Domain Reflectometry)手法應用在線纜組裝的分析流程

發佈 MICROWAVE STUDIO
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隨著訊號傳輸速度愈來愈快,頻率愈來愈高,傳輸線的設計與製造的困難度就變得愈來愈高。常常一個極微小的尺寸差距,就會影響到最終的結果。高頻傳輸線評量的指標常以頻率域的S參數或VSWR來作為依據,但設計或改善的手法則採用TDR的手法。主要是頻域的結果為一黑盒子,僅描述外部端口間(port to port)的頻率域關係,無法直接看到DUT內部物理特性的變化,如果僅有頻率的S參數資訊,需要作設計改善時便會非常的耗時,常憑經驗或者是採用試誤法; 而TDR則是直接利用時域反射訊號的特徵取得傳輸線的阻抗曲線(impedance profile)。由於TDR是時域的資訊,也就可以由此對應出傳輸線結構的位置,進而對關鍵(critical)位置的結構作改良,來降低該傳輸線阻抗的變異(deviation),進而提昇訊號傳輸的品質。

以50-ohm同軸線纜組裝(coaxial cable assembly)的模擬分析為例,其流程為

  • 建立三維模型,採用時域演算法進行三維高頻模擬
  • 由時域反射訊號計算出阻抗曲線
  • 由阻抗曲線對應出結構的位置
  • 進行改良該處的特性(如電感性或電容性)並指定變化的特徵為變數 (如改變尺寸,位置,材料等)
  • 掃瞄變數的變化,並觀測變數與阻抗曲線的關係
  • 最佳化計算

TDR coax 1

Fig1. 由模擬軟體計算出阻抗曲線與關鍵結構處的對應關係

此同軸的線纜組裝,由於銅套位置造成該處阻抗變高,進而造成VSWR不理想。在模擬上可以很容易變更其銅套的長度,比如設定銅套長度的增減為變數DX,再對DX等變數進行掃瞄,確認該位置對結果的影響,或稱之為定性的分析。

 

TDR coax 2

 

TDR coax 3

除了變數的掃瞄之外,再進一步對變數作最佳化的計算,則可以得到良好特性的設計組合。由圖可看到此線纜組裝經過此最佳化後,其VSWR約為1.2 @ 11GHz。

TDR coax 4

VSWR的比較 - 初始設計與最佳化設計

同樣的模擬分析手法,也可以應用於如高速連接器,高速PCB傳輸線等應用。

標籤: Cable RF Simulation

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