Sự phát triển nhanh chóng của phần mềm và phần cứng tín hiệu tốc độ cao trên tất cả các ngành công nghiệp đã tạo ra mức tần số và băng thông cao hơn. Theo đó, các yêu cầu hiệu suất tổng thể cho các thành phần kết nối cũng nghiêm ngặt hơn. Đồng thời, việc thu nhỏ các hình thức thiết bị và gói, kết nối và các thiết bị khác trong một hệ thống đưa ra các thách thức thiết kế bổ sung. Tất cả những sự thật này có tác động đáng kể đến tính toàn vẹn truyền tín hiệu.
Lý thuyết cơ bản về tính toàn vẹn tín hiệu của các đầu nối tốc độ cao
Khi cấu trúc tổng thể của hầu hết các thiết bị và thiết bị trở nên nhỏ hơn đáng kể và hoạt động ở tần số cao hơn, các vấn đề toàn vẹn tín hiệu được phát sinh và đòi hỏi sự chú ý đặc biệt. Trở kháng đặc trưng, mất chèn, mất trả lại và nhiễu xuyên âm - trong đó trở kháng và nhiễu xuyên âm có tác động lớn nhất đến tính toàn vẹn tín hiệu của đầu nối - tất cả phải được theo dõi ở cấp độ thử nghiệm để đảm bảo hiệu suất thiết bị tối ưu.
Các tham số tán xạ (tham số S) thường được sử dụng trong tính toàn vẹn tín hiệu như một định dạng tiêu chuẩn để mô tả hành vi tần số cao băng thông rộng của các kết nối. Các tham số S là một định dạng để mô tả cách một dạng sóng tiêu chuẩn của một kết nối hoặc thành phần phân tán trong quá trình DUT (thiết bị được thử nghiệm).
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến tính toàn vẹn tín hiệu của các đầu nối tốc độ cao
Nói chung, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tính toàn vẹn tín hiệu của các đầu nối tốc độ cao là không gian thiết kế, tốc độ truyền và mất tín hiệu. Các thiết kế bố cục PCB khác nhau có liên quan chặt chẽ đến các yếu tố này, có tác động quan trọng đến tính toàn vẹn tín hiệu tổng thể. Trong các thiết kế bố cục PCB khác nhau, các đặc tính tần số cao được trình bày bởi đầu nối sẽ bị ảnh hưởng.
Hiện tại, đầu nối tốc độ cao tiêu chuẩn có cấu trúc và đặc điểm kỹ thuật hoàn chỉnh để làm theo. Các kỹ sư chỉ cần điều chỉnh thiết kế theo cấu trúc này để đáp ứng các điều kiện tần số cao theo yêu cầu của một đặc điểm kỹ thuật nhất định. Trong trường hợp bình thường, khách hàng chỉ có thể cung cấp không gian thiết kế và tốc độ truyền cần thiết. Trong nhiều trường hợp, ngay cả các yêu cầu về mất tín hiệu cũng không chắc chắn, đòi hỏi các bố cục PCB khác nhau và điều chỉnh thêm trong thiết kế. Đây là nơi các sản phẩm tùy chỉnh có thể được yêu cầu. Tùy chỉnh trong việc phát triển các đầu nối tốc độ cao đảm bảo tính toàn vẹn tín hiệu cao. Các kỹ sư thường dựa vào mô phỏng FEA (phân tích phần tử hữu hạn) để hỗ trợ thiết kế các đầu nối tốc độ cao.
Cách mô phỏng FEA hỗ trợ thiết kế đầu nối tốc độ cao
Trong sự phát triển tùy chỉnh của các đầu nối tốc độ cao, XHSConn thường xuyên điều chỉnh thiết kế cơ chế để đáp ứng nhu cầu của khách hàng thông qua mô phỏng FEA căng thẳng và tần số cao, và cuối cùng so sánh các đặc tính tần số cao của sản phẩm sau quá trình xác nhận tính hợp lệ của mô phỏng. Nhiều so sánh được thực hiện để tích lũy kinh nghiệm và liên tục cải thiện độ chính xác của mô phỏng. Quá trình được chia thành các bước sau:
1. Sau khi mô phỏng chèn và trích xuất FEA, có thể thu được dữ liệu lực chèn và trích xuất của đầu nối, để đánh giá xem thiết kế cơ chế có đáp ứng các yêu cầu hay không. Hơn nữa, trạng thái biến dạng của thiết bị đầu cuối có thể được lấy từ kết quả mô phỏng của FEA sau khi đầu nối được chèn. Sau nhiều mô phỏng xác minh, miễn là các tham số vật liệu và điều kiện mô phỏng FEA được đặt chính xác, lực chèn và trạng thái biến dạng của các thiết bị đầu cuối cung cấp chính xác kết quả rất gần với các giá trị thực.
2.DD Trạng thái biến dạng đầu cuối được tìm thấy bởi mô phỏng FEA và vẽ lại mô hình 3D của PCB. Nhập mô hình được vẽ vào phần mềm FEA tần số cao và đặt các tham số của mô hình để thực hiện mô phỏng tần số cao.
3. Sau khi điều chỉnh liên tục và lặp đi lặp lại của thiết kế và mô phỏng, các tham số S đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Bốn điều kiện tần số cao là trở kháng đặc trưng, mất chèn, mất lợi nhuận, và nhiễu xuyên âm gần và xa (tiếp theo và FEXT).
Các vấn đề toàn vẹn tín hiệu phát sinh với tần số truyền cao hơn và các thách thức thiết kế cho đầu nối thậm chí còn trở nên nghiêm trọng hơn. Về lý thuyết, liên quan đến việc truyền tần số cao, trở kháng đặc trưng phù hợp, càng ít sự xuất hiện của các vấn đề toàn vẹn tín hiệu. Tuy nhiên, dưới giới hạn của cơ chế không gian, hình dạng của thiết bị đầu cuối tiếp xúc của đầu nối sẽ không đều hơn, do đầu nối được khớp với truyền tần số cao. Trở kháng đặc trưng là khó khăn, đặc biệt là khi thiết kế bố cục PCB có tác động lớn đến tính toàn vẹn tín hiệu. Do đó, trong việc phát triển các đầu nối tốc độ cao tùy chỉnh, có thể thu được tham chiếu chính xác hơn bằng mô phỏng FEA để đảm bảo tính toàn vẹn tín hiệu, đáp ứng các yêu cầu truyền tốc độ cao theo yêu cầu của thiết bị và tránh sự lãng phí tài nguyên một cách hiệu quả.