密苏里科技大学EMC实验室项目实习周记（第10周）

1 公共篇（徐冰洁执笔）

这一周，由我来介绍一下密苏里州主要的大城市——圣路易斯。

周末，趁着秋高气爽的好天气，开车到距离罗拉市一个半小时车程的圣路易斯市游览。圣路易斯市（St.Louis）以法王路易九世的名称命名，是美国密苏里州的最大都会区，位于密苏里河和密西西比河汇合处，是美国中西部交通枢纽。相比罗拉市的小镇风情，圣路易斯市更多展现密苏里州主要城市的都市风范。交通上，圣路易斯拥有兰伯特国际机场，是我们到达密苏里州的必经第一站；教育上，圣路易斯市有座落在该市郊区的圣路易斯华盛顿大学，其本科部被《美国新闻与世界报道》杂志排在全国第12名；宗教上，位于圣路易斯的基督教和天主教教堂每周礼拜日都会有大量信徒前往礼拜。

圣路易斯著名基督教堂

教堂内，镀金的屋顶，充满宗教色彩的壁画，虔诚的信徒紧闭双眼祷告，教堂内穿着大袍的传教士，一个个被点燃的烛台闪耀着光辉，都为基督教堂塑造了静谧、祥和的氛围。

礼拜人群散去后的教堂庄重而圣洁

圣路易斯另一地标就是拱门。位于密西西比河畔的圣路易斯拱门，是美国向西开发的一个象征。这座雄伟壮观的不锈钢抛物线形的建筑物，高达192米，1964年动工后仅用两年时间便建成。

圣路易斯市重要地标——拱门

拱门底部有电梯可以直达顶层。5个人乘坐在像时光胶囊一样的封闭小车里，2分钟便能到达拱门最高处。在拱门最高处，两边分别有一排小玻璃窗户。本来我怕高，坐在小车里晃晃悠悠上升时心一直悬着，但透过窗户看到圣路易斯市辽阔的全景时，一颗心顿时沉静下来。与密西西比河这边圣路易斯市的繁华相比，河那边的东圣路易斯显得荒凉不少。

在拱门最高处透过小玻璃窗能俯瞰圣路易斯和东圣路易斯的景色

每个到密苏里州的国际乘客，第一站必经圣路易斯，因为它有密苏里州重要的交通站——兰伯特国际机场。尽管作为密苏里州的主要城市，圣路易斯有都市气息——商城，轻轨，便捷的公交，但也保留了它宁静、祥和和古朴的风格，让人很想留下来再多感受一下这个有历史的城市。

2 个人篇

2.1 孙经东——Huawei Heat sink/IC field transformation

根据上周会议上华为提出的要求，由于散热片与FPGA板间隙的宽度增加到了1.7mm，我们需要重新更改项目的Setup（测试环境），为了方便地调整探测的Probe（探针），我们在原有Setup的基础上，增加了可以精确调节高度的控制结构，这样当我们需要固定Probe时，只要先让Probe的尖端触到FPGA板子，然后精确上调1.7mm，就能保证每次测试Probe的位置都能固定。

这一套全新的Setup也允许我们做进一步的敏感性测试，主要是想探究Probe的测量结果与高度和距离的关系。在之前的实验中我们就感觉到近场场强对于Probe的高度十分敏感，但是对距离却不敏感，为了证实这一猜测，我们专门针对高度和距离两个变量对Probe测量结果的敏感度进行了验证，其结果与我们预期一致，对于1.7mm的间隙，Probe的高度在2mm以下，测量结果变化都很明显，2mm以上变化就趋于平缓，而对于Probe的远近距离，在0.5mm到5mm的变化范围内，测到的结果都没有太大变化。这个结果本身就是一个很有价值的经验：在之后的测量中，我们会着重检查Probe的高度，因为这是关键的影响因素，必须保证一致。

对于FPGA板上的近场辐射，我们几乎每天都测试一遍，方法是固定Probe，用Spectrum Analyzer（频谱分析仪）检测每个谐频的频率点的最大功率（以S21的形式检测出来），但是，令人百思不得其解的是，每次测量的结果都不尽相同，有时候在某个特殊的频率点，竟然会出现超过6dB的差别。在排除了Probe位置的因素后，导师Victor在另一个项目中拿到一块收发器开发板进行了检测，发现由于实际开发板本身的特性，每开关一次，其工作状态都不尽相同，这对奇次频的影响特别大，偶次频反而表现得相对稳定。开发板的这种不稳定性直接对我们的方法造成了很大的困扰。我们只能在下周尽量对开发板自身的特性进行一定的探索，看能否找到解决问题的方法。

本周还有一件比较重要的事情，就是实验室对我们实习生进行了一次面试，方式是我们自己做PPT，把这段时间在实验室的经历和收获整理进去，然后回答老师们提出的问题，包括技术性的和非技术性的。

因为考虑到每天项目工作时间都很紧张，所以我准备的也比较早（实在是无奈之举），每天把零散时间凑起来写一点，这样积少成多，即使我每天在实验室搞项目到凌晨一点，两周后我的答辩PPT也可以完成，结果到最后发现，我的PPT竟然是最早完成的。导师Victor和几个学长都主动帮我进行了修改，一些低级错误才得以避免。初稿做了40多页，但是学长一句”Save your bullshit”（废话少说），让我改出20页的第二版，废话精简掉后，重点突出，整个PPT逻辑也清晰了

面试过程出人意料地顺利，而且气氛很轻松，老师会针对你项目的结果进行提问，耐心跟你交流，了解你工作的细节，没有那种绝对对错的问题，与其说是面试，更像是为了帮助你的项目进行的一场交流会。得益于上周精益求精地验证，我们的项目结果不错，细节都完成得很好，我和我的导师都得到实验室大老板Jim和Dr.Fan的表扬，我还是第一次看到Jim竖起大拇指说：”Jingdong, good job（经东，做得不错）!”导师Victor在面试上也帮我回答了一些问题，使得整个流程得以顺利进行。在非技术环节，我无意间提到了半夜帮实验室打扫卫生的事，把老师也吓一大跳，由于Jim教授对卫生非人般的高要求，实验室的清洁工作确实是最富挑战性的工作了。但是我感觉在实验室跟大家一起做清洁也挺开心的，只是玻璃要一遍一遍擦啊，指纹都不允许留一个，可以考虑把这个传统带回团队。在实验室生活的几个月，确实改变了我的生活方式，大家一起疯狂工作疯狂玩，无论多忙，一定要抽时间和朋友一起聚一下。Enjoy Work（享受工作）也要Enjoy Life（生活）。

2.2 吴纯宇——基于3D打印技术的信道模拟器

这周没有做什么事情，主要在准备Presentation。本来Dr. Fan也说只要我们随便做一下的，但我实在是没有其他事情可做，便花了一些时间来准备。我和赵碧瑶是周四做的presentation。结果那天Dr.Drewniak生病了，只有Dr. Fan和小帕来面试我们。在做presentation之前，我还是比较紧张的。因为我做的这个项目跟EMC没有太多关系，怕大家不感兴趣。但进去面试之后，也顾不了那么多，只是一个劲儿地讲自己的，好像也不怎么紧张了。小帕问了好几个问题都比较简单，我基本都答上来了。Dr. Fan问了一个问题，我就没答上来，只能说“I don’t know”。奇怪的是，他们只问了赵碧瑶一个问题。难道是我做的项目他们反而比较感兴趣？

另外，这周我们针对之前测量的介电常数做了一些改进，把信道的损耗考虑了进来。小帕认为在频率较高时，介电常数有所减小，这是因为在高频时，信道损耗增大了的缘故。因此，我们单独测量了一个完整信道的损耗，并将这个损耗补偿进来。这样，测量结果会更加准确。下图是信道损耗与频率的关系图。

周末，我和杨帆去了游泳馆游泳，结果被冻得不行。这边气温已经有些低了。秋天说来就来，绝不含糊。后来又和孙经东、贺嘉贻去家门口的公园打篮球，累得够呛。孙经东的防守太认真了，进个球真不容易。周日的晚上又不想做饭，去TJ Hall吃的自助，吃到了我们梦寐以求的鸡翅和鸡腿。

另外，气温比较低了，大家一定要防止感冒，在这边生病很麻烦！

2.3 徐冰洁——Cisco Channel Emulator Project

这周工作：开完会后反思整理所做工作，准备面试。

周一组会后，分析了几个问题：1）<3GHZ 时才算crosstalk信号，比本身传输信号小。所以只需仿真<3ghz部分。2）算出来fir两端s参数当被放大时，波形中有震荡的尖刺。最后ads验证也有幅度的差别。说明得到的fir的s参数有问题。3）关键步骤在于针对计算出的s参数得到fir的9个系数。

这周，首先还是得到正确的FIR两端S参数。我仍把电路分成两个级联部分，但把后一级联部分矩阵计算换成通过ADS仿真，得FIR两端S参数，最后ADS验证正确。但得到的FIR两端S参数波形非常奇怪，幅度可以，但有尖刺并不像预期的光滑曲线。接着，针对S参数计算FIR的9个系数，看FIR两端仿真波形与目标S参数差别。根据导师提出的改进结构，改变delay(延时值)，调整计算系数算法，为了使matlab计算结果与目标S参数匹配。

做项目过程中遇到问题非常正常，要不断给自己信心，解决问题所带来的成就感让人愉快

除了工作外，这周参加了EMC实验室的面试。把前两个多月我所做的工作向实验室教授们汇报，其中包括John Deere公司的减小发动机EMI的项目、思科公司用FIR滤波器模拟crosstalk项目和自己主动提出想学习HFSS而做的三星GPS天线设计仿真项目。面试中有技术和非技术问题，最后介绍了自己情况并表达意愿，得到教授们的肯定。把该展示的在面试中展示完，其他的因素在我们控制范围外。所以，放平心态，继续做好导师的项目。

2.4 赵碧瑶——PCB的power distribution network建模

这周主要是面试，面试的内容是介绍自己在这边工作的情况，期间教授会提出相关的问题。周四下午进行面试，我周二下午开始准备这个面试。

对我来说，与其说是面试，不如说是对之前工作的总结。首先是总结自己做了什么，大致上可以分为三块，一是PDN问题的建模、仿真和测试；二是将PDN算法移植到C++中，使之成为FEMAS的一部分；三是Spice输入文件转换器。在这些工作中有两个细节没有完全完成，主要是分析每层PCB板的表面电流及腔体中电场的分布，另一个是Spice输入文件的测试，而其他工作基本上都已经完成。

接下来，需要把自己所做的工作以一种简单明了的方式展示出来，因此需要好好准备PPT。首先介绍PDN问题的来源，解释清楚为什么这个问题很重要；接着介绍PDN问题的理论，怎样建模和计算；然后介绍设计的实验，并用仿真证实该设计的有效性；最后介绍测量结果及对结果的分析。接下来，介绍开发的一些工具，包括PDN工具和Spice输入文件转换器。值得注意的是，尽量用图形搭配少量的文字来解释所述的内容，这样简单易懂。

在准备PPT的同时，Ketan也把各个细节都指出来，我重新阅读了PDN的相关理论和材料，针对表面电流以及电磁场耦合跟Ketan讨论了很久很久。另外，我们对所有的结果重新分析，弄清楚结果与结果之间的不同点和相同点，分析原因。在这个过程中，我对整个算法的理论理解得更加深入，也对自己之前的工作了解更深刻，明白了自己为什么要做那些事情，收获非常大。

最后，准备完PPT，开始自己练习怎样把一个问题说清楚。如果有条件，也可以讲给一个与项目无关的人听，看他能不能听懂，以检测PPT是不是简单易懂，我自己有没有解释清楚。

除了面试，这个周使用了一些例子来验证Spice输入文件转换器是有效的。首先，建立非常简单的模型，比较转换前和转换后的仿真结果；然后开始检测实际应用中的例子，比较分析两种结果，找到问题并修改。我对三种基本的分析命令进行了测试，将测试结果相减，分析误差。通过这个测试，已经确定转换器对RLC及独立电源等元素的转换是有效的。但是，实际的电路包含的远不止这些元素，剩下的工作还很多，需要更多的测试来发现问题，不断完善Spice输入文件转换器。

2.5杨帆——connector的SI问题研究\偏心圆柱体电磁散射研究

偏心圆柱体电磁散射研究：

在之前理论分析的基础上，这段时间我开始使用matlab来实现理论分析中的一些公式。

目前，我写了四个函数模块，分别是：计算金属圆柱体的反射系数；计算介质柱的S参数矩阵；计算坐标系转换的转移矩阵；计算同心圆柱体的Ttotal矩阵。写这四个模块的用意是，后面分析的复杂模型其实都是在这四个模块的基础上进行的一系列的变换，有了这四个模块，就可以调用函数来实现更为复杂的模型。例如我们最终要讨论的偏心圆柱体的电磁散射情况就可以用S矩阵、转移矩阵、以及Ttotal=矩阵来计算。所以这些简单模块是后面分析的基础。

同时，从简单模型开始，我用matlab实现了对金属圆柱体的近场和远场电磁散射分布情况的分析。下面是我得到的部分结果：

图？SEQ图\* ARABIC1the scattering width of a circular conducting cylinder

图一是得到的金属圆柱体在远场（r=3m）的RCS（radar cross section），这里的圆柱体半径取得0.6倍的波长。从图形中可以看出角度越小的时候，散射场的幅度越小，越靠近入射场，散射场幅度越大，这也符合实际情况，在角度60度的地方有个小峰值，这是波在圆柱体上的衍射造成的。

图？SEQ图\* ARABIC2near field of a circular conducting cylinder

图？SEQ图\* ARABIC3near field of a circular conducting cylinder

这里的圆柱体的半径取得也是波长的0.6倍。从图2、图3中可以更加清晰的看出金属圆柱体的近场电磁场分布情况，在讨论区域中心，有一个明显的圆形区域，没有电场的分布，并且在入射场的方向电场的幅度比较大，在两边有一些衍射图纹。

分析这个简单模型，一方面可以检验前面的四个模块的正确性，另一方面为后面分析复杂模型打下基础。

公司项目部分：

这周公司的项目进展不是很大，主要还是理论推导公式，总的思路是推导出S参数与传输线互感互容之间的关系，并用ADS和matlab仿真比较分析结果。由于结果还不太完善，本周就不具体分析了。

2.6 贺嘉贻——PDN Noise Study

上一周寄出板子的到达时间比我预计的晚了好几天，一是由于我打包上传的文件损坏了，需要重新上传；二是快递公司的效率实在是有点低。等到testboard寄回时，已经没时间在本周进行测量了，因此我学习了一下相关的理论，并且与学长进行了一些知识上和测量计划上的讨论。

testboard实物图

我这块testboard的作用，一方面是看看芯片和电路能否正常工作，看看输入输出波形是否能满足频率和上升时间的要求，这一部分主要是用示波器进行测量；另一方面则是关于PDN noise study的测量：在板子上找一个testpoint，用VNA测出testpoint到芯片引脚的S参数，将S参数转换为Z参数，通过Z参数和测得的电压值算出电流。这个电流值可以和仿真结果进行对比。通过另一种方法也可以测出一个端口电流值，将这两个电流进行对比，可以验证端口等效的方法是否正确。但是要进行第二种测量需要在电路中加一个通过磁场来测量电流的部分，目前这块板子上还不能实现这个功能，我们计划是在下一块板子中加入这个模块，以实现对PDN noise的研究。

通过这周的学习和讨论，我对于PDN noise有了一个初步的认识。但是接下来还要进行更加深入的学习，同时还要学习各种测量仪器的使用。