在实际的信号通道中,信号不仅在PCB上进行传输,也常常通过接插件,在不同板间进行传输。在本例中,以使用Samtec YFT/YFW系列连接器为例,来说明如何进行整个传输通道的TDR仿真。图3-36所示为YFT/YFW系列连接器分别表贴在PCB上及配合后的照片。
图3-36 Samtec连接器
(1)可以从Samtec官网下载YFT/YFW系列连接器的三维实体模型,将其导入EMPro。附件中对应的模型为YFS-20-03-X-05-SB.step及YFW-20-07-X-05-SB.step。图3-37为YFS(母头)系列连接器的正反面三维视图。可以看出,其使用焊球和PCB上的焊盘进行电气连接。
图3-37 Samtec YFS系列连接器三维视图
图3-38所示为YFW(公头)系列连接器的三维视图。模型精细描述了连接器的机械结构。图3-39中为YFS系列连接器中的插针套筒以及与其配合的焊球。
(2)Samtec公司在其官网给出了YFT/YFW系列连接器的推荐Layout焊盘图,其定义了焊盘阵列尺寸及过孔位置等,如图3-40所示。
图3-38 Samtec YFW系列连接器三维视图
图3-39 焊球模型三维视图
图3-40 推荐Layout图
在ADS中依照参考设计进行焊盘及过孔阵列设计(见图3-41)。附件Samtec_footprint_wrk工作区中的设计YFT FYW_footprint_full已经完成了相应的参考设计。
图3-41 在ADS中实现焊盘及过孔Layout
在ADS的层叠编辑器中,按照真实的层叠情况进行设置(见图3-42)。
图3-42 Layout层叠设置
(3)连接器通过焊球焊接到PCB上时,焊球会有一定的形变。在中ADS中可以使用形变的焊球模型准确表征实际焊球。
在ADS中可以直接调用EMPro生成的三维焊球模型。在ADS主菜单中,选择Design-Kits/Manage Libraries,添加EMPro安装目录下的Example/BasicComponentsForADS文件夹做为ADS的库(见图3-43)。
图3-43 添加EMPro基本元件库
将Solder Ball Array拖入截取的部分版图中(见图3-44)。
图3-44 加入过孔阵列至PCB Layout
如图3-45所示设置焊球参数。将焊球和Layout进行配合。使用焊球阵列模型,可以描绘受到应力变形后的焊球形状,如图3-46所示。
在3 D预览器中确定焊球和焊盘的配合后,在EM设置中可以直接将焊盘和电路板的实体模型及材料、端口、边界调节等导出至EMPro。在导出过程中,需要设定EMPro的安装路径。导入EMPro的模型如图3-47所示。
图3-45 焊球阵列参数设置
图3-46 形变的焊球模型
图3-47 导入EMPro的PCB及焊球模型
(4)在EMPro 中,将 YFT/YFW 系列接插件进行配合,并进行对应材料设置,如图3-48所示。接插件在使用时,每一个信号旁边会有参考地。在进行TDR仿真时,不需要对所有信号传输路径进行仿真,选取其中的几对信号及参考地进行评估即可。截取模型的一部分作为仿真对象,如图3-49所示。
图3-48 配合后的连接器
图3-49 截取部分连接器模型
为实现连接器和PCB及焊球的精确配合,在EMPro中使用locator来进行精确定位,如图3-50所示。通过分别在PCB中焊球上及连接器上设置locator,再使其重合,能够实现三维实体模型的准确配合。图3-51所示为发射及接收PCB以及中间的连接器。
图3-50 使用locator对连接器及PCB进行精确定位
图3-51 完整信号传输通道
(5)工程文件YFS_YFW_w_PCB.ep为设置好的示例文档。在EMPro中直接使用TDR阶跃信号进行激励,可以获得整个信号传输路径的阻抗。由于信号以差分形式传输,故特性阻抗应该在100赘左右。但是从TDR仿真结果可以看到,连接器引入了较强的感性及容性,如图3-52所示。
图3-52 连接器TDR仿真结果
仿真时,分别设置PCB上的接收端口为100赘负载及短路,能够非常明确地对TDR仿真的终点进行定位。
【总结】
在本实例中,通过传输线及传输线和高速连接器的TDR仿真来说明TDR仿真的基本原理及仿真流程。设计师能够使用TDR仿真器对信号传输通道的阻抗匹配情况进行直观分析和故障定位。