连接器信号完整性仿真教程二

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连接器信号完整性仿真教程二

在连接器信号完整性仿真教程一中Step by Step演示了如何进行连接器信号完整性仿真，看完这片博文后应该可以做类似产品的仿真。如果说，看了这篇博文就学会了连接器信号完整性仿真，那就有点过了。有人也许会说信号完整性仿真难学，不学、不做也罢。

为何要做连接器信号完整性仿真呢？在连接器信号完整性仿真教程一中讲到了，一些协议标准中对连接器的信号完整性有要求，不达到其要求就是不合格。关键是在高速电路设计时必须考虑连接器信号完整性参数。如果你是一个PCB设计师，你肯定不会忽略连接器的信号完整性，甚至要求供应商提供连接器的3D模型，做一下仿真，以评估其对系统信号完整性的影响。如果你是一个连接器设计工程师，当你接到一个新开发案，明确提出了传输速度要求或者信号完整新要求，如果不做仿真，你的设计图敢拿出来开模吗？信号完整性相关的特性参数是看不见，摸不着的东西。绝大多数连接器在设计之初，除了仿真，别无他法。

从上面例子可以看出，要从事相关专业性较强的专业，真还需要正学会连接器信号完整性，首先要明白信号完整性的概念。什么是信号完整性？从广义上讲，信号完整性是指信号在系统线路传输过程中保持其时域、频域、幅值的能力，即信号在电路中以正确的时序、相位、幅值做出响应的能力。信号完整性有两个基本条件，信号幅值完整性与时间完整性。幅值完整性是指满足电路的最小输入高电平和最大输入低电平要求。时间完整性是指电路的最小建立和维持时间。

上面说到的信号完整性还是一个笼统的概念，他需要以一些参数来具体表示，以便具体测量与评判。连接器信号完整性特性参数大多与S参数有关，如果你看过我的博文《S参数及高速电子连接器特性参数简介》，对连接器信号完整性特性参数应该有所了解，如果没有看过，可去看看。这里不再去做具体介绍。

哪些因素会影响到连接器的信号完整性？电子连接器大多数由金属导体（端子）组成对插连接电路，除少数连接器外，没有额外去串/并电阻、电感或电容。连接器的端子，我们可以把它当作传输线来处理。交流信号向前传输的的过程实际上是一个电磁场向前移动的过程。电流流过导体，导体电阻会导致发热损耗；电磁场穿过介质也会产生耗损；如果传输线路存在阻抗不匹配，传输线路的阻抗不匹配还会导致反射，这是影响连接器信号完整性不可忽略的最主要因素，其主要表现在回波损耗（Return Loss）上面。这些都是影响连接器信号完整性的因素。

连接器的直流电阻（也就是我们常说的接触电阻）较小，一般在几十毫欧，在特性阻抗中z直流电阻几乎可以忽略不计。阻抗主要与端子pitch、长度、端子形状、材料厚度、介质的介电常数相关。高速连接器的仿真其实主要是在解析S参数，而仿真优化主要是围绕阻抗匹配进行。

在后续的教程中将继续主要以CST studio suite为主要软件，详细讲解如何进行高速连接器信号完整性仿真，可能也会用同一模型以HFSS分析做一下对比。

电磁仿真对电脑配置要求相对较高，无论是用HFSS或者CST。分析耗时较长，CPU占用较高，如果有条件建议使用图形工作站，高主频，2个或以上CPU，最好有Nvida加速卡或者Nvida显卡，配置大容量硬盘，因为一次仿真结果占用硬盘空间，少则几个Gb，多则几十个Gb，如果硬盘较小，不旧就会被填满，除非你不在乎你的分析结果，做一次删除一次。当然用PC机也不是不可以，你可能得忍受CPU高速运转时，电脑机箱发出的烦人风扇声；前提是你的机器能顶得住几天甚至几个星期不关机。下面简单介绍一下CSTCST 工作室套装（CST Studio Suite）：

CST 工作室套装是一个强大的电磁仿真平台，具有十分精确和高效的电磁设计和仿真解决方案，覆盖电磁、带电粒子、电路、热学和力学多物理场的高集成度专业数值仿真。它主要由七个工作室子软件组成，分别是CST 微波工作室、CST 印制板工作室、CST 电缆工作室、CST 设计工作室、CST 电磁工作室、CST 粒子工作室以及CST 多物理场工作室。所有的工作室子软件全部集成在同一个用户界面下，可以无缝快速切换，实现协同仿真。

用CST做连接器仿真，有入门容易，边界条件及背景设置简单，有多个单独的连接器仿真模版，使用起来比较方便。CST常用解算器有：