2015年密苏里科技大学EMC实验室实习周记（十一）

公共篇：

这周Rolla迎来了盛大的Nations’ day，小镇的居民纷纷走上街头，一齐庆祝节日。早上11点在downtown有各个国家的游行，然后他们搭起了帐篷卖食物。我们品尝了世界各地的美食，但最合我们胃口的还是中国菜、泰国菜和美国炸鸡。有趣的是，我们还弄到了一本“passport”，每到一个帐篷就让店主在passport上盖上这个国家的印章。盖满印章的passport还可以兑换奖品。相当有意义的节日，我们好好地放松了一天。

下面是各国游行代表团：

（当看到利比亚和这4个小女孩时，觉得和平真的很重要）

个人篇：

陈达

上周在Panasonic的项目里做了很多仿真，总得来说结果都不错，证明了T-Model的可靠性，这样下一步我们就可以用ADS仿真出T-Model了，然后将T-Model的参数导入EMCoS里面去，进行fullwave simulation。

（Buck仿真电路）

（仿真的设置）

（输入端电流和输出端电流的拟合结果）

上面的结果是在CM Load为纯阻性的情况下得到的，同时我们也检测了CM Load为容性的情况，基本上，仿真的结果不错。另外因为很多仿真结果看起来都很接近，我们很难直接通过肉眼分辨出孰优孰劣，所以我编了一个简单的Python程序计算曲线的拟合程度，通过数字直观的展示拟合效果。应用到我们的仿真中，发现结果的误差还是很小的，这也进一步证明了T-Model的可靠性。

（负载为容性情况下的拟合效果）

（输入与输出端的误差）

与此同时，我们做了transmission line的仿真，传输线的设置如下。

（分别用在actual model和T-Model里面）

（引入传输线后的仿真结果）

可见，引入传输线后，模型的拟合效果明显变差了，误差增大，不过从波形的整体来看，除了一些点偏差较大外，其余大部分位置，模型的表现还可以接受。

所以，下一周，我们将主要做一些measurements，simulation可以告一段落了。

Bosch方面，我们准备采用Arduino开发板控制characterization board上面的relay，简化实验操作。Arduino比较方便，它有自带的IDE，可以通过IDE烧写程序和调试程序。我以前在华科的时候学微机原理以及做硬件课设的时候都做过类似的东西，所以还算比较熟悉。

（Arduino开发板）

（测试的setup）

这样搭建以后，我们就可以用电脑通过串口发送一个数据来控制不同的relay，实现我们的目标。

项目以外，因为这周我要考托福，所以周五就去了圣路易斯，错过了周六Rolla的一年一度的nations’ day，不过考完试去了圣路易斯的gateway arch参观，也是非常不错的。

（老法院和大拱门） （Gateway Arch）

（拱顶的俯视图）

朱世达

上周六还在圣路易斯动物园的时候就收到Giorgi的邮件说下周一要交成果了，我当时还一头雾水，后来才弄清楚，原来我上周测试过的我们之前做好的那一套system是给Apple的。小帕和Apple说我们已经做好了，周一就给他们快递过去。但是我测过的结果是接收端信号S参数非常微弱。Giorgi也测了一遍也是一样的结果，而且用光功率计完全看不到功率，可以说TOSA发射端完全没有工作。我心里想着是不是我在测的时候不小心把TOSA弄坏了，非常着急。

周日一早上我去实验室了，不过还好Giorgi告诉我他检查了一遍，发现TOSA的接地引脚脱落了，而且塑料头也损坏了，经过修复以后现在情况非常好，甚至比他原来得到的结果还要好。

不过为了周一能够出成果，还是要加班进一步做一些测量，然后写一个完整的manual出来给Apple交差。虽然周末加班很辛苦，但是想着是给Apple的东西，做起来还是很有干劲的。

作为一个完整的系统，有很多东西需要描述。首先系统的功能是将RF信号经过TOSA转换为光信号，然后经过一段长度的光纤后由ROSA接收并转换回RF信号。我们最后得到的有效频率范围是0-8GHz。最后我们需要对每一个部件的参数做详细的介绍，电路也要进行分析。关于系统特性，我们还需要做不同输入功率下S参数的测量，找到饱和功率，并且对比线性区域和饱和区域的S参数，然后分析一下DC供电情况、系统损耗、功率消耗、反射损耗以及不同频率下的输出功率变化。

这次我们用的是8.5GHz的VNA，我发现这种VNA只能用mechanical calibration校准。由于要求要较好的准确度和可重复性，我们换了好几根cable才找到了一根比较好的。测量不过是切换输入功率大小，后面的工作主要还是MATLAB来完成。

可以看到在0dB的时候系统就达到饱和功率了，此时S21开始随着输入增加而下降，输出功率则保持不变。在处理数据期间，Giorgi又把ROSA模块进行了一些机械加固，防止晃动。一直弄到晚上我们才做好slides并给小帕发了过去，回家以后我继续写manual，在零点前给小帕发了过去。

周一小帕看了后又提出了几个小问题，比如供电电压我们写的是9V，但是小帕说应该是有一个范围，而不是一个值，所以我们在电路的元件datasheet里面找数据，看最大供电电压可以到多高，最低又可以到多少。周一下午的时候快递寄出去了，不过manual还要进一步修改，后面又加了一些绘图以及描述分析。这样总算是把这个任务圆满完成了。

关于另外一个10G的系统，经过不断的修改，可以开始进入PCB订购的阶段了。但是不像国内淘宝上一步可以到位，在美国订购PCB需要很多工作要做。

首先我们要检查制板是否符合工业标准，这个在网站上有免费的检测，但是需要在AD里面自己导出很多制造文件，每一层的数据都要上传到网站上。另外这边PCB真的很贵，一块两层板33刀，一块四层板66刀。一开始我以为我做的是两层板，后来发现其实是四层板，只不过中间两层都是铺地，但是非常重要。因为为了保证RF输出信号阻抗50欧，这里的线宽和地到线的距离有严格的要求。

我发现这正是microstrip line的结构，这也解释了为什么在画这一条线的时候不能用导线而要用贴片焊盘将元件连接起来。Giorgi帮我画了一个TOSA的50Ohm trace，也一起拿去制板。周四的时候终于将所有文件和手续都办好，订购完成，后来又出了一点小问题，美国这边的厂家真的很负责，有问题都会和我们联系解决，绝不会让我们订的板子有任何技术问题。

周四我时候我还去旁听了一节Dr. Fan的信号完整性课程，虽然是高级课程，但是发现讲的都是我熟悉的东西，thru情况下的S参数原理以及基于此的校准方法。虽然讲S参数计算的时候还是有点晕，但是基本原理都可以听懂。

另外，这一周小帕两次在实验室请大家吃外卖，Dr. Fan也带我们出去吃了一顿大餐，周末又赶上罗拉一年一度的Nations Day，品尝了各国美食，还在美式自主餐厅吃了一顿地道的美餐，还是很滋润的。中秋节那天，和小伙伴去打保龄球、吃月饼、赏月，虽然离家千万里，但是并没有太多离愁，也许是因为马上就要回去了吧。

欧阳沐齐

在上一周的时间里，我通过焊接加工和测量，找到了之前测量中发现的谐振现象出现的原因并且消除了会对USB传输线性能产生影响的谐振，最后得到了较好的测量结果。

完成了以上的工作之后，我在这一周开始设计新的PCB，通过从前测量和分析得到的结果，直接设计出性能符合要求的PCB，在之后使用的时候，直接在PCB的对应焊点上焊接就可以达到设计的要求，而不需要再经过其他的处理。

我采用的是Altium Designer来完成PCB的设计和布线工作的。在大一的电工实习课程上，我对PCB的设计流程有过简单的了解和学习，但是当时的学习非常的浅显，只是按照老师给出的步骤简单的模仿，现在需要完全由自己来设计，还是有非常多的内容需要学习的。

在软件的基本操作和设计过程上，是一些比较固定的内容，我通过软件内部的帮助文件和网上的一些教程，在较短的时间内就会比较熟练的使用了。但在实际的设计布线过程中，还是遇到了很多的困难。首先，由于PCB是在USB的传输线当中，因此对PCB的体积有很严格的要求，宽度受到了限制；其次，PCB上的信号频率要求非常高，还有几对差分信号线，布线的时候需要保证布线长度的一致，并且满足电磁兼容的要求；经过改进后的PCB上面还有其他的一些集成元件，需要对走线进行考虑；在使用的6层PCB当中，需要对各层的走线和电源层的分布进行安排，通过过孔连接各层之间的信号线，要考虑的因素非常得多。有时候因为发现有的线难以通过，就需要对之前的很多设计进行修改，工作量还是比较大。在完成了大部分的布线之后，还需要完成各层的铺地或者电源的布线。

这一段时间的PCB设计工作，使我更加深入的学习了PCB设计的过程，虽然经常会在设计的过程中发现之前没有注意到的错误，需要将很多东西回头重做，但是在熟悉各个需要注意的关键内容之后，设计的过程还是越来越快的。

杜航

本周我的工作主要是仿真弯曲的trace和仿真带有connector的板子。

1. 仿真弯曲的trace

模型：

我仿真的结果和孙经东之前仿真的总是不一样。模型本身是一样的，所以我开始找原因。通过层层分析，我发现cst在设置仿真参数的时候有一些需要注意的细节没有关注。

Ø 关于boundary：在boundary condition里面将boundary box的所有面都选为open (add space)即可

Ø 关于waveguide port：port的方向需要注意，可以放大模型观察两个port的方向是否都是指向模型内部的。

Ø 加mesh的时候需要好好看一下mesh是否足够。(比如信号线的部分在高度方向上面至少需要加够4层mesh，否则会影响仿真的结果)

Ø 这个细节是经过孙经东指明我才发现的，就是由于这个模型是直接导入进来的，边缘并不是完全平滑的，即信号线的边沿和地的边沿并不在同一个平面上。于是我对模型进行了一点小小的改动，使得边沿是平滑的

最后终于得到了比较合理的仿真结果：

另外在仿真的过程中可以通过port mode查看waveguide port处的电磁场分布，如果分布明显和预期的不一样，那么说明有错误，需要好好的重新审查一下模型。

2. 仿真带有connector的板子

Southwest 2.4mil connector ：

以下是带connector的仿真模型(其中板子的部分我用了之前设计的FR4的相关尺寸)：

以上图是connector的inner pin和板子的signal接触的放大图。

为了使得特征阻抗的连续性更好，我对模型做了tapering修改：

Tapering对应图中的那个梯形，将梯形的高度设为A，通过改变A的值我做了几次对比仿真，并且得到了一系列的对比结果：

这周是罗拉的Nations’ day，场面超级热闹，感觉全罗拉的人都出来了，我玩得很开心。

（和lab的Gorgi合影，和学校的吉祥物Joe Miner的合影）

这周，我的任务是将plastic全部测完。为了探究plastic对放电的影响，我在实验室待了一晚上，凌晨5点的时候在lab的皮沙发上睡着了。对于plastic，有3种结构，一是1/4 inch厚的plastic，二是1/8 inch厚的plastic，三是两块1/8 inch厚的plastic叠加，从而形成“zik-zag”的放电，也就是Z形放电，用来模拟手机的放电。仿真的结果也挺好。