2014密苏里科技大学EMC实验室项目实习周记（第6周）

公共篇：

这周Dr. Jim回到了实验室，并且请我们这届和上届的共10个实习生和mentor去家里吃晚饭。Dr.Jim 表达了对我们殷切的期望，希望我们都能成功的完成项目，学到东西。下图是我们在jim家的合影。

实验室这边C++的课程已经结束了，我们都觉得Mihkeil教的很好。他上课都是现场编写程序，遇到问题与我们一起讨论解决。我们都收获很多。

下周华中科技大学的田欣欣学姐将结束为期两年的交流，回国完成学业。为了给学姐送行，这周末我们组织了去Ozark的活动。

个人篇：

1. 周建驰

本周我们在Equalizer 电路方面取得了较大进展，用CST仿真的结果和ADS 吻合程度较高，S参数也达到了设计要求的指标，所以我们决定上板测试。要把0402的元件焊上去确实很困难，我之前尝试了两天才焊成功，而且一旦失败了往往会损坏器件，也就不能再用了，这次因为只剩最后一个AEQ元件，所以我们不敢冒这个险，去了学校另外一个实验室用epoxy 粘接元件，费了不少功夫才把整个板子搭好，最后测试的结果也还不错，S21基本达到了我们的要求，和仿真结果也比较接近，不过S11不是很好，在24G的位置变得很小，我和Guanghua 学长讨论后觉得是支路的电感太小所导致，用ADS仿真后也验证了当电感减小后确实高频处S11会降到10dB以内。Bonding Wire 的电感计算式如下：

从式中大致可以看出，电感与线长正相关，与直径负相关，所以要增大电感，可以增加线长。或者用其他方式来搭建电路，具体的解决策略都要经过CST仿真才能加以验证。

另一方面我们已经开始了PCB板的设计，因为FIR核心元件的引脚非常密集，尺寸非常小，所以需要测量不同trace 间的距离和trace 的宽度，才能确定设计板子的尺寸，但是如何得知这些参数呢？小帕建议我们用0.7的铅笔芯作为基准，把铅芯放在我们已经有的板子上，测量图中trace 宽度和距离，按照与铅芯的比例换算得到参数值。（下图是在显微镜下拍摄的测试图片。）我是用MATLAB来抓取图中的参考点计算距离的，但是由于要求精度很高，图中各trace 和铅芯边缘的位置处会比较模糊，取点的时候会有一定误差，我测量了两次取平均值，得到了一组参数，但是我自己不是很满意这个结果，准备下周去实验室重新拍一次图来测量。

2. 黄晨希

本周最开心的一件事就是几个外国朋友对我做的菜表示出了极大的肯定与赞赏。在来美国后的这几个星期，我们的生活自理能力已经有了翻天覆地的变化。我们从一开始基本上完全不会做饭，到现在已经能够做出可口的饭菜了。这周轮到我做饭的时候，我特意多做了一些，到了开饭的时间，我把实验室的Giorgi和Tamar都喊了过来，并每人分了一小份，Goirgi和Tamar尝了我做的中国的饭菜，都赞不绝口。Goirgi甚至还调皮地从我的碗里又抢走了一些。在这几周里，我们逐渐跟实验室的其他学姐学长都混得比较熟，跟一些外国朋友交流起来也比较流畅了，也从中学到了很多关于文化方面的知识。感觉自己就好像一只刚刚跳出井外的青蛙，开始看到了一片不一样的蓝天。

图1.让外国朋友赞不绝口的饭菜

在实验室工作的方面，我主要在上周的基础上，找到了对于一个三角脉冲，在不考虑电感电容的电阻特性和初始电荷、初始电流时的等效电路的时域表达式，并用ADS进行仿真来验证结果的正确性。这项工作对于我来说还是比较轻松的，运用在信号系统中学到的Laplace变换，经过一个有点复杂的数学运算，便可得到表达式的结果，这在国内基本上就是一个比较难的课后习题吧！然而在将它运用到实际的应用中时，我们必须要确保它的准确性，而方法就是将其与仿真软件的仿真结果进行比较，而且还要对误差进行分析。由于本周还要与IBM的客户进行电话会议，并且我还要进行展示，因此碧瑶学姐对我的PPT质量要求特别高。虽然过程有些磕磕碰碰，但最后完成了任务时，还是觉得自己有了很大的收获！

图2.结果对比图

3. 张岭

这周导师Jim回到了实验室，我在周二（8月19号）下午1点半与Xinyun一起和Jim进行了面谈，汇报了前期的工作进度，并听Jim给我们布置了后面的工作任务。

前期主要是在FEMAS中对两根导体的微带线进行了仿真，得到了互感、互容随着距离s的变化；用HFSS对3D结构进行了仿真，得到了s参数随距离的变化；通过FEMAS仿真计算出了TDR；对双导体的特征阻抗矩阵进行了推导。

我们接下来和实验室的正在戴尔公司实习的房翔学长进行了远程电话会议，房翔汇报了他最近的项目进度，并且报告了发现的一个问题。戴尔公司内部有一个叫Cassandra的软件，和实验室自己开发的FEMAS都可以画出眼图（Eye diagram）。但是对于同样参数的相同传输线模块，用两个软件画出的眼图高度和宽度都不一样。Jim听到这个问题之后，就希望我能够去验证哪个软件的结果是正确的，哪个软件的结果是错误的。然而解决这个问题的一个方法就是利用另一个软件ADS去计算相同的传输线模块，将结果和以上两种软件的计算结果进行对比，从而得出结论。这周我就把眼图的定义熟悉了一下，并熟悉了FEMAS中计算眼图的流程。下周开始学习ADS。

Jim还跟我布置了一个任务。在双导体微带线中，特征阻抗定义如下：

Jim的设想是

代表单根传输线的特征阻抗，它应该不会随着两根导体距离的改变而改变。如果我们得到了

和

随着距离s变化曲线，就能已知距离s得出

和

的值，从而直接得出

的值，而不需要每次都去复杂仿真计算 而得到特征阻抗的值。我根据Jim的这个想法，先去验证

是不是随着距离s的变化而不变的，结果发现，当距离s较小时，

随着距离的增大而减小，当距离s较大时，

才趋于不变。这个结果与Jim的设想相矛盾。目前还不知道原因，也不知道Jim的想法是否能行得通。待下周向Jim汇报进度时，再说明这个问题。

这周二，Jim给实验室全体学生开了一个会，会议内容是关于安全的问题，还有关于实验室team work（团队协作）的问题。其中，给我印象比较深刻的是，他谈到，在这个社会中，我们必须依靠团队的力量才能成功，单靠个人的力量是很难成功的，实验室便是这样一个群体。而在一个群体中，leadership（领导）起着很重要的作用。Leadership（领导）不是babysitting（照顾孩子），而是统筹和安排，放心地把事情交给别人去做。

Jim给实验室全体学生开会

4. 白斯琪

时间过得真快，转眼实习时间过去了一半。正是在这时候，项目的进展遇到了障碍——PCB板的测量波形和仿真结果对不上，而且我们无法解释。如图：

当底部的场效应管导通的时候电压为0V，但是在这之后电压降至-0.5V。这个情况在不同的负载条件下一直存在，我们尝试了各种方法，也无法解释。最后我们联系了芯片的生产厂家Linear Technology，希望他们能够解释这个问题。

与此同时，我在帮助实验室一个学长处理时钟抖动（jitter）的问题。时钟抖动分为随机抖动（Random Jitter，RJ）和确定抖动（Determined Jitter， DJ），两者卷积得到总的抖动（Total Jitter， TJ）。现在我们知道TJ和RJ，要反卷积出DJ。

使用MATLAB处理数据时，我们发现最后的结果对噪声特别敏感，1%的噪声就会时结果面目全非。这个现象和常理不符。后来我们发现是MATLAB自带的函数Deconv的问题。因此我将信号用FFT转到频域处理，然后进行滤波，最后得到了很好的结果。

5. 何睿杰

在实习的下半程，我感受到了项目的紧迫性。重要的原因是实验室的50GHz的VNA需要返厂维修，总共需要三周的时间。而我所参与的项目需要这台仪器。 Dr. Pommerenke (小帕) 计划在8月25日将VNA寄出去，所以我得在这周赶紧测量，得到可靠的数据以便做进一步分析，对方案进行改进。

于是在周一和周四，我各进行了一次测量。在周一使用的是20GHz 的VNA， 一台称得上“古老”的仪器。它甚至没有USB接口，只有3.5寸软盘接口。而且由于很久没有维护了，低频部分的数据已经不合理了，所以用它来测量只能是看看波形，没有百分百可靠的参考价值。而且这台VNA的存储空间非常小，已经写满了。我也不能删掉别人的数据，所以只好用手机拍照回来再分析。另一方面，用它校准也很困难。因为我使用的是microprobe， 所以校准需要的Cal Kit 是一块 substrate，而这台VNA没有相应的Cal set。 我自己手动输入了一个，但是效果不太好。

不过这次实验还是有点意义的，它让我开始觉得有必要放弃直角的Cable, 使用2.4的高精度Cable. 尽管换成2.4的cable我就又得用放大镜来landing了，但是好歹能保证精度，就是更花时间一些。为了证明这个直角的cable不太好，我用TDR进行了测试，将直角cable和无直角的cable进行了对比，发现直角cable的确有缺陷。毕竟直角的线会带来电感，这和测试结果相符。

红色的是直角的cable,可以看到impedance 在随着时间上升。3ns 分别是cable的两端的connector。Cable末端接上50 Ohm的terminator.（如下图）

基于这次比较，我决定放弃使用直角Cable了。

在周四的测量中，我总共用了近4个小时，测量了5inch 2inch 还有AFR trace 的S参数。的确是因为没有高效的landing工具，用放大镜+VNA判断的办法既容易损坏探针，又费时间。不过最终还是得到了比较满意的数据。

这次测量得到的几组数据都比较符合预期，但这只是乍一眼看上去的结论。 在周五的组会上，我展示了这些数据。Dr. Fan 和 Ketan很快发现了数据中需要进一步探讨的地方。

下图是AFR 和 5 inch 两根trace的S21曲线及是低频成分放大的结果。

可以看到低频的部位有不连续，频率在200M以下。在会议上Dr. Fan讨论了几种可能的原因。比如共模成分的噪声、板子的 Ground Resonance. 共模的噪声不一定存在，板子的resonance也需要问甲方查看手册。不过就目前情况来看，应该可以测到18GHz。

下周就用不了VNA了，我会处理完周日最后一次测量的数据，和Bichen学长一起做一些Coding, 和理论方面的研究。

6. 夏梁桢

本周我还是一直在做scanning的实验。感到高兴的地方是S21的实验很成功，能够很清晰的看到场源的位置，在这个过程中我也积累了不少实验的经验。

但是之后的几次S11实验都不成功，完全看不出任何图像，刚开始时我们以为是频率太低了，但后来将频率从6GHz提高到12GHz之后也没有任何好转。Victor经过查看之后发现VNA的灵敏度特别低，在探头下面移动金属完全看不出S11波形的变化，所以建议我先对VNA进行校准。

但我们用的VNA当中没有我们的校准工具箱的参数，以前校准要求不高的时候我就是用的一组比较相近的参数，但是在现在精度要求那么高的情况下明显是不行的，我们只能手工输入各个参数，这个过程虽然来来回回好多次，但是还好最终搞定了。而校准之后的S11图像变得很好，基本上每个频率点都能看到DUT的大致轮廓，在某些特定频率点上图像都特别清晰。

但是仍然有很多地方存在疑惑，比如1、在某些频率点上周围非金属平面的S11比金属的都要高，也就是说反射更加强烈，这种反常也不和逻辑的现象让我和Victor都不知道为什么。2、在某些频率点上全平面上的S11都比其他点低很多，也就是说S11的频域图上有些成周期分布的波谷，这种特性非常影响我们画三维图。我想这两点是我接下去亟待搞清楚的东西。与此同时我也一直在尝试扫描三维的物体和进行三维还原，我之前一直用的切面图，但是看起来效果不好，接下去应该会尝试点状图。