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高清傳輸-HDMI信號(hào)的完整性分析_高都電子電路PCB技術(shù)中心

2019-08-27 19:14:07

[導(dǎo)讀] 相對(duì)于結(jié)構(gòu)問(wèn)題的直觀性而言,連接器的高頻特性具有一定的“隱性”,從結(jié)構(gòu)上直觀的判斷高頻性能是比較困難的,透過(guò)有效的仿真分析,可以比較明確的判斷高頻性能,從而為高頻連接器的設(shè)計(jì)提供了良好的參考依據(jù)。

輸線的特征阻抗取決于其結(jié)構(gòu)及材料的選擇。圖1是一個(gè)HDMI線纜的街頭部分,其典型結(jié)構(gòu)如圖2所示,主要包括線材和連接器部分。

  高清傳輸-HDMI信號(hào)的完整性分析_高都電子電路PCB技術(shù)中心
圖1:HDMI線纜(局部)

  圖1:HDMI線纜(局部) 圖2:HDMI線纜頭部結(jié)構(gòu)

  為了能夠保證線纜的特征阻抗,首先要保證線材的特征阻抗能夠盡量接近目標(biāo)特征阻抗。圖3是HDMI Type A/C線纜所用線材的截面圖,確定了材料之后,可以使用2D場(chǎng)求解器確定其特征阻抗,經(jīng)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)就可以確定線材個(gè)部分的設(shè)計(jì)尺寸。

  

  圖3:Type A/C線材模型

  連接器是線纜能夠?qū)崿F(xiàn)可分離連接的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。由于連接器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,在阻抗控制方面遠(yuǎn)不及線材容易實(shí)現(xiàn),所以一般的業(yè)界規(guī)格里面,對(duì)連接器區(qū)段的阻抗匹配的規(guī)格略有放松。即便是如此,對(duì)于高速互聯(lián)的連接器,在控制阻抗方面仍然面臨很大的挑戰(zhàn)。圖4是一款HDMI線纜的特征阻抗測(cè)試的結(jié)果,該結(jié)果表明該連接器區(qū)域內(nèi)存在較大的特這阻抗偏差(超出規(guī)格),而且存在特征阻抗較大區(qū)域的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等一些列的問(wèn)題。

  

  圖4:某型HDMI連接器特征阻抗測(cè)試結(jié)果

  透過(guò)三維高頻結(jié)構(gòu)分析,能夠有效預(yù)測(cè)連接器區(qū)段內(nèi)的散射矩陣,獲得結(jié)構(gòu)的高頻特性評(píng)估的依據(jù)。和結(jié)構(gòu)的力學(xué)評(píng)估類似,高頻結(jié)構(gòu)分析,也大致需要以下幾個(gè)步驟:首先建立結(jié)構(gòu)的三維,接著指定各個(gè)零件的高頻材料特性,其次必須設(shè)定適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件及背景分析,最后就可以加入求解設(shè)定并進(jìn)行結(jié)構(gòu)的高頻分析,圖5給出了高頻結(jié)構(gòu)分析的模型局部效果。

  

  圖5:HDMI cable to board連接器高頻結(jié)構(gòu)分析模型

  通過(guò)結(jié)構(gòu)高頻分析,可以得到結(jié)構(gòu)的散射矩陣或者RLGC矩陣,然后就可以使用SPICE軟件進(jìn)行時(shí)域及頻域的分析(圖:6),通過(guò)特定的運(yùn)算與轉(zhuǎn)換就可以得到包括特征阻抗(圖7)在內(nèi)的各種高頻特性的仿真結(jié)果。

   圖6 HDMI cable to board連接器SPICE模型

  圖7 HDMI連接器特征阻抗仿真結(jié)果

 HDMI線纜的高頻特性改善

  在HDMI產(chǎn)品的改善過(guò)程中,同樣可以透過(guò)仿真來(lái)協(xié)助問(wèn)題的快速解決。與在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要建立完整的實(shí)體模型不同,在改善產(chǎn)品的高頻特性的過(guò)程中,只需要針對(duì)實(shí)際測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的區(qū)域進(jìn)行局部建模分析(圖8)及調(diào)整優(yōu)化(圖9),使用最少的資源,在最短的時(shí)間內(nèi)找到最有效的解決方案。

  高清傳輸-HDMI信號(hào)的完整性分析_高都電子電路PCB技術(shù)中心
 圖8 HDMI連接器簡(jiǎn)化模型

  圖9 不良及改善方案的仿真結(jié)果比較

  前述的HDMI產(chǎn)品透過(guò)上述的仿真給出的方案改善了特征阻抗超出規(guī)格的問(wèn)題。

  結(jié)語(yǔ)

  相對(duì)于結(jié)構(gòu)問(wèn)題的直觀性而言,連接器的高頻特性具有一定的“隱性”,從結(jié)構(gòu)上直觀的判斷高頻性能是比較困難的,透過(guò)有效的仿真分析,可以比較明確的判斷高頻性能,從而為高頻連接器的設(shè)計(jì)提供了良好的參考依據(jù)。

  高頻特性是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,產(chǎn)品的材料選用,端子、塑料件、外部五金件的設(shè)計(jì),都對(duì)連接器的高頻特性有著直接和間接的影響。對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)往往是牽一發(fā)而動(dòng)全身,因此,采用傳統(tǒng)的失誤法或定性的經(jīng)驗(yàn)調(diào)整法,勢(shì)必造成設(shè)計(jì)改進(jìn)過(guò)程中成本的巨大浪費(fèi),透過(guò)高頻仿真分析,可以最大限度的加快解題的收斂速度,大量的節(jié)省改善的成本。

  設(shè)計(jì)和仿真的結(jié)果必然要付諸于實(shí)際生產(chǎn),設(shè)計(jì)方案必然影響到制造的成本。

  

  圖10 完善設(shè)計(jì)方案

 

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