2015年密苏里科技大学EMC实验室实习周记（十）

公共篇：

随着相处时间的增加，我们对这个地方的感情也越来越深。每到周末，实验室的群里面就有人约着出去打球。不过，这个周末我们和Zhaohai还有白思琪一起去了趟圣路易斯的动物园。

动物园是免费的，里面动物种类非常丰富，堪称全美第一大的动物园。从各种珍奇的虫、蛇到狮、虎、象、豹、熊等猛兽，应有尽有。看着呆萌的企鹅、北极熊和长相奇特、上蹿下跳的猴子，我们好像又回到了无忧无虑地在动物园里漫着步的孩童时光~

个人篇：

朱世达

这一周，心情大起大落。

周一早上，Xiangyang教我用7mm coax TRL的经典结构测一下NS1000的参数，先有一个预估。按照Jim的说法，这也是一套非常昂贵的仪器。配套的有一个专门的软件，需要license，然后配合50GHz VNA使用。测量也是先设置测试结构参数及尺寸，然后进行校准。我们还用一种常见材料Teflon进行了校准的验证。

测试的结构就是一个同轴管，和我之前仿真的connector很像，相当于一个strip line。我们把待测材料放在空气介质层中，就可以通过S参数计算出材料的epi和mu。当然我们需要把材料切割到非常精确的尺寸，实验室用于这种机械加工的工具也是一应俱全。测量过程中还要保持无杂质，所以仪器都要用酒精擦拭。

但是由于材料太薄，测量过程中很难保持所有位置厚度一致，给测量带来了很大的困难。我们测量了多次，并且测量了两次叠加的情况，最后得到了大致的结果。

初看好像很正常，尤其是mu的测量重复性比较好，但是有两个很关键的疑问就是：1.即使是epi’很高的材料其值一般也只有几十，达到上千的材料非常罕见；2.mu’的值一般情况最低不会低过1，低于0的材料更是罕见，甚至不确定是否符合软件仿真的要求。这也就难怪我们在算法求解的时候总是找不到合理解了。为了第二天的汇报，我很快把这些测量结果导出来，在FEMAS里面用迪拜模型拟合了一遍，然后放在CST里面之前做好的microstrip的model里面仿真。只要结果符合我们之前测量的结果，就说明材料参数的测量正确。

仿真运行了一个晚上之后，得到的结果虽然还有很多问题，但是可以反映出参数并没有大的问题。所以这个材料的确有很多不同寻常的地方。Jim说他会去问一下Laird这个材料的一些情况，但是由于涉及到公司的机密，所以可能得不到太多信息。

关于这整个研究的过程以及我们遇到的困难，我们还咨询了Victor。没想到Victor非常严肃，对于我们的每一个环节都提出了严厉的质疑。比如我们认为正向的理论推导不能应用于microstrip的结构，即我们不能通过公式得到参数的表达，但是Victor认为可以得到。我们还证明了一个频率点处求最优解存在太多近似解，导致最终曲线跳变不连续，但是Victor认为是我们对于迭代算法的运用不正确所致。

之后Jim提供给我们一个新的线索，之前在实验室的一个中国交流学者曾经写过一个类似的迭代算法，让我们联系她看看能不能运用那个算法解决我们的问题。不过这一周我又开始被催Optical link项目的进展，还好我之前做了一个整个system的测量，但是结果不是太好。然后我对现有的那个pcb板已经非常熟悉了，最近只是在找一些缺少的元件而已。Giorgi让我周二发给小帕一个report，还要我设计一下TOSA的pcb布置。在周二一早上就要汇报absorbing material进展的情况下，我周一晚上还得赶着把这个report写出来，压力很大。而且在现有pcb上搭一个完全不相干的电路比我想象的也复杂很多，好不容易才设计出一个飞线较少的方案。

然而周二小帕的回应又让我傻眼了。他说之前确定的nbb-310的gain大小不够，还要换一个放大器，而且packet完全不同，需要重新设计pcb。而TOSA最好也设计一个pcb，但是也可以用一个50Ohm的板子以及面包板代替，因为transmitter unit的大小没有限制。听起来好像一切都很合理，但是意味着我之前做的工作全部都无效了。小帕还在邮件里面和我说，这两个月以来没有看到我的任何投入，也没有对于项目的任何跟踪汇报，我和他诉苦说我的主项目最近遇到了很大的困难，也一直有各种不同的项目和会议堆在我身上，而且这一周我还一直重感冒，但是他并没有回复我，搞得我一连几天都闷闷不乐。好在Giorgi开始有空帮助我这个项目，并且承诺work close with me and send daily report to Dr. Pommerenke。感觉可能往后一段时间我花在这个项目上的时间要比我的主项目还多了。

之前好不容易接近完工的receiver board

周三的时候我把需要购买的器件总结了一下，因为TOSA需要焊在pref-board上，所以还要补充一些过孔元件。然后我还找到了一些更加合适的光纤准备购买，因为实验室的光纤真的很少，而且对应LC接口的几乎没有，然后也征得了小帕的同意。Giorgi周四和我一起分析了现在的情况，制定了后面要开展的工作计划。我们决定首先制作发射模块，然后他让我分析一下发射模块的电路，弄清楚TOSA的operating current。

这里的三极管电路我最后弄清楚是一个恒流源，给TOSA提供了一个稳定的电流，铁氧体在ROSA电路里面就给我造成很大的疑惑，后来搞清楚它只在高频时提供阻抗，在DC时无阻抗。所以这里铁氧体的作用是防止SMA输入的高频信号影响偏置电路和电源电路。至于偏置电流，结合华科学习的光通信知识，是为了调制信号的时候可以区分0和1而加的一个直流偏置，至于取值，需要根据TOSA参数来决定。但是我在TOSA的data sheet里面怎么也找不到这个参数。

周四晚上给小帕发了元件清单，但是他一晚上没回复，第二天早上去找他，他说是忘记发送了。然后赶快又给我指出路电路里面一些需要调整的地方，还有这些元件可以在哪里找到之类的。然后，他让我把ROSA的pcb马上设计好给他。于是我只好马上开始设计ROSA的电路以及pcb。不过这个工作真正做起来发现并没有想象中那么难，只是缺少一些器件库。经过几次修改和返工，最后终于完成了pcb设计。我把pcb简化了很多，然后针对焊盘重叠的问题做了改进。不过小帕要求很多元件之间不能用导线，应该是出于电磁兼容的考虑，所以我只好把它们的焊盘挨在一起。整个电源电路也放在了另外一面。

然后Giorgi带我一起开始搭建TOSA的电路。我们把电路分开放在两个板子上，因为50Ohm的trace上能放的元件十分有限，所以大部分元件都焊在pref-board上。我把所有元件都准备好以后，设计了一个最小尺寸的方案。

不过我没有马上就焊，而是用面包板先验证了一下。一开始果然有些小问题，经过调整之后5V稳压正常，然后调整了一下电阻值，最后得到了10mA左右的稳定电流。此时已经到了周五下班的时候。回想一下这一周经历的一切，虽然不少委屈，但是压力之下果然是收获满满。周五晚上心情大好的情况下看到了彩虹，周六又跑去圣路易斯玩了一趟还买到了月饼，可谓苦尽甘来。

欧阳沐齐

这周是对前一段时间的工作内容的收尾工作。

上一周，通过仿真计算，找到了一种可以解决多层PCB端口谐振问题的方式，并且在实际生产中也具有可行性。

在这周的时间里，我主要还是在尝试解决USB Type-C中所用的PCB板存在的谐振问题。上周的最后时间内，我们想到了一种新的有可能导致谐振出现的原因，就是在同轴信号线的外层屏蔽接地的时候，是通过焊接在PCB表面的铜箔上，这之间可能存在着一定的非理想因素，因此我们决定刮去PCB表面的绝缘层，直接将屏蔽层焊接在裸露出来的PCB上的地上，希望可以解决之前的问题。在提出了这个想法之后，我安排在这周的时间来检验这个想法。

虽然这个想法比较简单，但是要验证就需要对之前完成的焊接全部重新进行一遍。由于没有铜箔这个比较大的焊接区域，信号线的焊点与地之间的距离也更加接近，因此焊接过程中稍有偏差就会导致短路，需要非常仔细的完成。但是我之前已经完成了很多这类的焊接工作，因此现在也没有刚开始的时候用那么多时间。

在完成焊接之后，重复之前的测量工作，发现经过了这个修改之后，原来的谐振现象仍然可以在结果中观测到，说明之前PCB上面的铜箔不是导致谐振的原因。这让我们怀疑是PCB设计的原因，但是通过对PCB结构图的分析，也没能找到导致这种问题的因素。由于PCB上还有对称的一对端口，为了验证是否是PCB设计的原因，我们决定两外焊接这一对端口，若仍然存在谐振现象，即可说明是PCB的问题。

在完成了焊接之后，测量结果中没有谐振的现象，同时之前的一对信号线的谐振现象也消失了。我在与其他人讨论之后，认为可能是之前悬空的端口导致的之前的谐振，在焊接完全之后，悬空的端口消失，谐振现象也就消除了。

从以上TDR的结果中，也可以发现两信号线的对称性也有增加。

靳航

这周末我们去圣路易斯动物园逛了一圈。我见到了久违的北极熊。近距离隔着玻璃看，还是挺震撼的。

动物园门口

体型巨大的北极熊

这周，小帕发现，我们原先做的内容不够充实，对于一篇论文来说比较少，需要加内容进去，所以他又有了一个idea：验证不同plastic对discharge的影响。他猜测是没有影响。主要就是将相同的plastic面对面挤压紧，此时两个面之间有一条很细的缝，spark就从这条缝穿过，从而获得长电弧，并验证不同plastic对discharge的影响。

周二，他定了一大批的plastic，周四才到货。然后就开始了漫长的测数据阶段。测试电压一般是10kV，12kV，15kV，18kV。因为20kV的时候，放电会是另一种情况，这里不再考虑。

放电瞬间，图中发光是spark

在测量过程中，一开始我发现了一个奇怪的现象。在出现spark前，plastic上会出现一个紫色的点，同时伴随着滋滋的声音。等我把现象发给小帕，小帕认为这是电晕放电（corona discharge），原因可能是湿度和电压大小造成。但他想让我再把这个现象调出来时，竟然出现不了了，他说在情理之中，环境因素对放电的影响特别大。

由火花放电变成电晕放电

杜琪

这周周末有幸去Saint Louis shopping，买了点衣服。

周五看到了彩虹。

在前段时间，我的关注点都放在在一个CPW(coplanar waveguide)上面焊接了一个电阻之后，如何通过挖铜的方式减小影响。通过实验结果，看出这种方式是可行的。但是挖铜会对更高的频率段（大于25GHz）产生影响。而且挖铜的尺寸需要控制好。此外，之做cst中做仿真模型中忽略了电阻结构中间介质的影响，用仿真模型把介质填充,当介质的epsilon为5时，在TDR中可以看到1.4ohm的差值。电阻模型中没有中间介质填充时，TDR中是0.8ohm的差值。可以看出介质确实有一定的影响，并且介质产生的影响不是挖铜可以弥补的。

上周我的工作主要集中在设计一个FR4的50ohm trace。原来板子上面用的材料是ROGER4350，为了降低成本，所以改用材料FR4。我通过打电话给PCB manufacture确定了FR4的板子可以做到10mil厚。我在q2d中仿真了CPW的截面图，得到了一些结论。由于原来有材料ROGER4350的trace参数，所以我基于这个参数做的实验。

首先我仅仅替换材料，仿真得到特征阻抗为48.1ohm。然后我通过参数扫描的方式看FR4的厚度对特征阻抗的影响：

控制板厚为14mil，扫描信号线宽度：

考虑到Gap（信号线和地在水平面上面的间距）对特征阻抗的影响较大，所以把G由5mil改为7mil。

1.G=7mil H=12mil W=16mil时cst仿真得到50.3ohm

2.G=7mil H=10mil W=14mil时cst仿真得到50.3ohm

本周的任务主要是验证弯曲的trace对特征阻抗影响不大，并且研究板子接了connector之后造成的影响，如何在信号线的tapering。

陈达

在实验室的忙碌中，一周很快就过去了，值得高兴的是，这周末有机会坐学长的车去圣路易斯游玩，放松一下。这是我第二次来圣路易斯，第一次来还是两个多月前初到美国的时候，不过那时候是晚上，机场也在郊区，并没有见到什么迷人的景色。此行的主要目的地是动物园，早上出发，晚上吃完饭再回罗拉，行程安排比较紧凑。

动物园原为1904年路易斯安世界博览会的旧址，从1913年开放至今，是全球仅存几个免费的动物园，里面动物种类非常多，我们用了整个下午才勉强看完，全程差不多都是小跑的。而且它还是是全美保护动物工作最好的动物园之一，这里没有铁围栏，游人与动物几乎是零距离的，里面的动物也生活得很好，非常有活力。

（公园里的观光火车）

我们去的时候天气很好，动物园里有很多游客，但我们丝毫没有感到拥挤。另外动物园在教育方面也投入了很多精力，还特意开设有儿童动物园，让小孩可以自由的触摸性情温顺的动物。

（可爱的孩子们）

另外我们的项目也在继续进行，这周开例会的时候，Bosch方面希望可以编写一个简单的程序可以用来控制characterization board上的relay，实现自动化，同时我们也可以做一个switching filter，直接用relay选择不同的filter，方便以后的实验。这是我们下周的目标。