2014密苏里科技大学EMC实验室项目实习周记(第10周)

作者:张岭等编辑:LYH发布:2014-09-22点击量:

公共篇

转眼间实习就快结束,只剩下两周的时间了,这周一到周五每个人都在抓紧时间做自己的项目,我们中间有的同学为了第二天向导师汇报进度,会呆在实验室彻夜不归。不过这周六实验室的Dr.Pommerenke(是一个德国人,我们都叫他小帕)请实验室的人去他家开Party,我们6个人每个人都做了一个自己的拿手菜,在周六晚上带过去了。Party在户外举行,大家各自带着自己的特色菜,在桌上有序摆开来。Party旁边还燃起了高高的篝火。虽然其他国家的菜尝起来并不都是那么好吃,但是毕竟有一种新鲜感,还是值得一试的。下面两图是Party的热闹场面,图2是Party里面的小朋友玩起了堆积木的游戏。

图1 图2

接着在本周日,实验室组织了一场足球赛,这场足球赛起源于我们中的一位同学和Dr.Pommerenke打的一个赌—“中国队”对“非中国队”到底哪队会赢。于是在周日下午4点就开始了,比赛人数是7对7。最后的结果是4比6。大家都玩的很嗨,一周的压力也瞬间荡然无存。

个人篇

何睿杰

周二和Intel开会,回顾了我们之前的操作方案和对结果进行优化的结果。

从这几张图里面还是可以看到,之前的三个问题依旧存在。

1. 低频的噪声

2. 不匹配的resonance frequency

3. renormalization 无法让结果相匹配

我们上周打算用新的探针进行测量,在周末进行了大量的尝试,但是最终没能得到一个稳定可靠的setup。 我在开会的时候描述了用FPC探针的不可行性:其一,板子太长;其二,探针太脆;其三,需要测量的DUT尺寸变化太大。

综上三种不利因素,Intel方面建议我们用TDR 探针来进行测试。这种探针有个最明显的好处就是结实。这样就可以让我们在搭建Setup的时候有很多“想象的空间”,等于是去掉了最核心的障碍。另外TDR探针虽然得到的结果并不直白,但是还是可以满足我们的需要。

仿真方面也得到了一些数据,有四个模型要修改要看结果,还是赶在周五跑出来了。

可以看到这个full probe asymmetric model 的结果,S11的峰值比较高,S21的谷值比较低。这说明一方面我们的probe模型的连续性比较好,不会带来明显的反射噪声。另一方面,较大的S11表明trace的损耗比较高。关于这一点,我们需要结合TDR探针的结果进行进一步分析,会在下周进行测量。

由于我们在上周末跑完的模型验证了single-ended probe差分测量方法的可行性,所以可以在理论上建立一些依据。但是下周要换TDR的差分probe了,在理论上还是有不少差异的。实习已接近尾声,进入了冲刺阶段,争取能在回国以前把项目在推进一个阶段。

今天,我们还一起去踢球了,不过和以往不一样,这次有实验室的其它留学生一起踢。比赛比较激烈,我们坚持踢了一个半小时,玩的很尽兴。

张岭

这周首先是对带状线(Stripline)的结构继续进行研究,上周是在Femas中进行仿真,让s/h从1到5变化,但是我发现当s/h等于1(也就是两根导体之间的距离很近的时候),Femas会报错,精度不够,当时不知道是什么原因,就将s/h从2变到6,发现曲线吻合的很好。于是这周,我就在Q2D中建立相同的结构,让s/h从1到5,进行仿真计算,结果如图1。

图1

可以发现,当s/h =1的时候,曲线吻合的不是很好。初步推断是mesh的问题,如果将mesh设置的更精确一些,也许就能吻合的很好。这是下一步等待研究的工作。

我向Jim反映了在Femas中s/h太小时不能计算的问题,他说有可能是mesh的设置有问题。我将Femas中Enhanced Mesh选项选择为no,结果就可以计算了。在Femas中得到的结果和Q2D的结果差不多,也是在s/h=1时曲线吻合的不太好。

接着我Jim让我做了broadside结构类似的仿真,结构如下图2。d/h从1变化到5,仿真出

随着d/h的变化关系。

图2

结果如下图3所示:

图3

可以发现曲线并不十分平滑和稳定。经过分析,我和Xinyun觉得有可能是精度设置不够的问题,因为在Q2D中仿真时设置的精度是默认的。于是我将Maximum number of passes由原来的10改成200,将percent error由原来的1%改成0.1%,结果如下图4所示。

图4

可以看出曲线平滑了许多,说明确实是精度的问题。接下来,Jim又让我研究有两对differential pair的结构,如下图5所示,分析

随着s/h的变化情况。

图5

到的结果如下图6所示(

略去)。可以看出,曲线吻合的很好。下一步应该是研究多导体的特征阻抗随着s/h的变化问题,首先应该推导出多导体的特征阻抗公式。

图6

白斯琪

上周的测量碰到了问题,这周我们解决了问题。

上周的问题:如图,加了放大器后(红线)和不加放大器的信号(蓝线)不匹配。

一开始我们认为是放大器的阻抗和天线的阻抗不匹配造成的,但是这不可能会造成10dB的误差。后来我们发现是探测器的类型选的不对造成了实验错误。

我们之前用的是sample detector,先在用的是peak detector。两者的区别如下:他们取点的位置不同;前者随机取最大值和最小值之间的点,后者取最大值。

我们的信号强度为-90dB,很接近噪底。此时sample detector取的点的放大倍数就会减小,因为放大器很难区别信号和噪声。示意图如下:

现在用peak detector测得的数据就很匹配了,如下:

还有1db的误差,这是由于阻抗不匹配造成的。

下一步就是测量剩下的几个电路。

黄晨希

本周四开完组会,我特地抽出了一些时间,在罗拉的downtown逛了一圈。罗拉的downtown很小,也就一条短街而已,两边紧密有致地坐落着十几家小店,小店一般都是一两层楼的样子,最高的不过三层楼。虽然小店都不是很大,但是各有特色,与国内千篇一律的招牌很不一样,更像是一个个艺术家的杰作。

我先逛的是一家石头店,起初我还以为店名里的Rocks是摇滚的意思,进去后才知道,这原来就是一家石头店。店里面则是各种各样的石头,我基本上都叫不出名字,不过从石头下面的注释牌来看,几乎90%的石头都是来自中国,可能是因为中国几千年的文化沉淀,使得这些东西对于别人而言,更具有一种神秘的吸引力吧!店老板是一个老人,看上去大概有六七十岁的样子,不过人很热情。在跟店老板的交谈中,店老板很热情地向我介绍了各种石头的来历和特性,并向我表达了对中国的喜爱和向往。最后,他还和我开了一个小玩笑,可惜的是,我并没听得很懂,不过听上去像是一个关于二战时期犹太人的黑色笑话。看来要想深入到西方的文化当中去,仅仅学会了它的语言还是远远不够的,多读一些关于历史的书籍,还是很有必要的。

图1.石头店里一个来自中国的蜥蜴化石

虽然万圣节还有一个多月才到,但是各大超市和礼品店已经早早开始准备起来了。在我接下去逛的几家礼品店中,大多数都布置了一些和万圣节相关的装饰,不过里面的东西大多是为女性准备的首饰和衣物,我也没有太大的兴趣。

图2.店里早早地充满了万圣节的气息

本周关于实验室的工作方面,CST有了一些进展,但还不够好,说明仿真还是有些问题。

图3.新的CST结果

而在时域部分,由于exp(ikx)/x的积分是不能用初等函数来表示的,因此我想把它展开成泰勒级数,然后分别求它的积分,写出一个级数形式的表达式,然而在开组会的时候,我还没有完全做完这部分的工作。而对于参数的求解和频域分段,则进行得比较顺利,基本已经完成。

图4.分段拟合的结果

周建驰

上周PCB板的仿真不太顺利,耗时太长,很影响整个设计的进度,因为整个结构是对称的,中间GND的宽度也比较大,另一组channel的trace造成的coupling作用并不严重,我和Guanghua学长讨论后决定把CST的model砍掉一半,以缩短仿真时间。得到的仿真结果如图-1所示,这是因为两条differential的trace距离很近,coupling太强,有很大一部分能量耦合到了另一条trace。将S4P文件导入到Femas得到混合参数,如图-2所示,考虑到trace 的长度,结果还比较理想。

图-1 single ended 4 ports的仿真结果

图-2 hybrid mode 仿真结果

由于我们目前FIR的应用主要是针对single end信号,所以需要更多地考察单端的情况。但是整个RF Trace 的设计本身就有诸多限制,既要考虑IC的pad大小,也要考虑整个板子的布线分布,所以改动现在已有的设计来满足single end的情况很难。我想测一下现有的trace 的特性曲线,有了一个优化的目标才能确定要优化到什么程度,我和小帕讨论了这个问题,他也同意我的想法。图-3为测试的板子,四端口的测试比较麻烦,要用E-calibration 校准所有的端口,一共需要校准6次,测试的结果和我们设计的仿真结果趋势比较接近,这说明differential trace的设计没有问题,如果要用到differential trace,耦合的问题无法避免。

图-3 FIR Board RF Trace 测试图

小帕又提出重新设计一个板子,根据不同的应用需求来选择我们要用的板子,需要用single信号的时候就用single的板子,需要用differential 信号的时候就用differential的trace。CPW的设计之前也已经做过了,所以只需要画出板子即可,不用的那一条trace 直接用50Ω的负载接到地。小帕甚至说连导入CST仿真都可以免了,我觉得不太放心,还是在CST 里建了model仿了一下,模型如图-4所示。

图-4 适用于single ended 信号的CST 模型

另一方面是Equalizer的电路,因为之前仿真测量得到的结果已经相当好了,下一步如果还要优化,就需要在AEQ上做工作了,这要就需要自己焊电容和电阻,鉴于我们的trace比较宽,可以将其并联地焊在trace上,不过可能需要0201的元件才能达到比较好的效果,我在ADS中仿真了改变电容值的不同情况,结果如图-5所示,如果后期还需要其他特性的compensate,可能会考虑搭建自己设计的电路。

图-5 改变AEQ电容值的ADS仿真结果

这周我们去了小帕家里开party,依然是potluck的形式,尝试了各种异域风情的食物,也邀请了各国友人尝试我们带的中国菜,玩得很嗨。

夏梁桢

本周Victor去了外地,周一到周四都不在实验室。所以周一到周四就一直都没有人讨论,自己一会儿做做测试,一会儿跑跑仿真,一会儿又搞搞计算,忙了半天也只有一点点进展,不过这也就知足了,加油!

首先,在测试方面,周一周二的时候,我试着重复我之前的测试,并增加在x方向和y方向上的采样点,希望能看到更加清晰的图像。但是效果并不好。无论是扫金属圆柱,还是方盒子,得到的都是horn的形状,让我不得不怀疑,得到的图像只是偶然。这个想法在我拿到新的天线扫描出来的数据时就更加确定了。我的新天线的holder在小帕的帮助下,用了三天就打印出来了,所以周三我就开始用更高的频率扫描。我迫不及待地扫描了和上周一样地horn,但是非常惊奇地是,它的成像与上周的horn,在z方向上是相反的,而且剪不剪掉背景的影响不是很大,在不减去背景时,相位的成像还更加好些。这对我是不小的打击,这意味着我以为的“大突破”原来只是偶然或者是我自己的幻想。为了证明到底哪个是正确的,我又试着扫了金属圆柱和方盒,这次都有了一定的模糊的形状。另外,从S11的图像上来看,这次的calibration做的也比之前好很多,因为这次的这根cable是我从实验室6根看起来能用的当中挑出来的最好的一根,calibration出来的结果,和之前做2D时成功的那一次差不多,都非常平稳,没有小波纹,只有一些大的起伏,这可能是和天线内部的反射有关。所以我更愿意相信,这周我的测量是正确的。

其次,在仿真方面,我又扫了一遍背景,但是把背景减去之后,图形也没能又大的变化。

最后,计算上,本周有了较大的突破。我终于能够看清圆柱侧面的那个半圆了,圆柱位置和半径的变化也都能从图像中显示出来。而我的改进主要在:尝试了不同的aperture的大小,找到了最合适的大小,尝试了不同的扫描平面,找到了最合适的平面,还为得到的S11加上了窗函数,抑制最后高频点的信号,并且自己加上了对称的另一边频率的信号。计算成功了之后,Victor希望我能把圆柱的截面在测试中也实现出来。如果我们把圆柱看作无穷长的,恢复截面只需要扫一个截面的数据,所以测试会快很多,我也正在做这方面尝试。以前用的扫描台太小了,现在我已经换到老的扫描台上做实验了。

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