【DesignCon 2020文章解读系列三】玻纤效应到底能不能通过仿真来量化

高速先生 2020-02-24 00:00

公众号 | 高速先生

作者 | 黄刚 (一博科技高速先生团队队员)


玻纤效应是一种有点悬乎的概率事件,它的悬乎性表现为在特定的情况下会发生,一旦发生了就会对高速信号产生非常巨大的影响,而且很难直接排查出来。但是它神奇的地方在于可能会发生又可能不发生,而且同一块板上有些地方会发生。


好啦,前奏总要说得引人入胜,大家才有兴趣继续关注的嘛。如果经常看高速先生文章的粉丝们都会知道玻纤效应的概念以及它的表现形式,这里就不再一次又一次的重复了。作为一名SI工程师,我们总是想通过建模的方式把玻纤的模型建出来,很多客户找我们高速先生做仿真都会问,“你们能够仿真出玻纤效应的影响吗”,这个问题我们总是会回答,我们不能!其实主要原因还是在于它的悬乎性,也就是概率事件,因此从根本上做这个仿真就没很大的意义,还不如采用一些方法尽量规避它。但是在我们自己研究的角度来看,会建模仿真出玻纤效应的影响是非常有意义的事情。这不,今天给大家分享的DesignCon论坛的文章就有关于它的,一起来看看吧。

这篇文章题目也很直接明了,就叫建立一种实用的玻纤3D模型的方法。

当然文章的开头肯定是要先突出玻纤效应对高速信号的巨大影响了。由于差分线P和N之间的路径遇到的玻璃纤维和树脂的不同,因此产生相位差,累积到一定的量时,就会在高频产生巨大的谐振点,从而导致损耗的急剧下降,大家都知道这意味着什么了吧。

然后作者铺垫了一下客户的需求和目标,目前通过测试的方法验证的话肯定是费时间和成本,而通过非常复杂的3D建模,把玻纤建成与现实中的玻纤一模一样也是非常的困难,而且这种模型进行仿真需要服务器能力和时间的强大支撑,因此引出了我们急需一种精度高而又有效率的建模方式。


因此作者先在前面引出这种建模方法,建成玻璃布和树脂相互嵌合的方式,无需像真正的玻纤布,关键是能缩短仿真时间的同时又具有非常高的精度。

我们具体的来看看它这种模型是如何一步步完成的哈。


首先我们需要两种或以上玻纤布的规格数据,参数包括了最终的等效介电常数,玻纤布的密度(也就是pitch)以及玻璃布和树脂的占比(也就是RC值)。这些值都能通过厂家的规格书直接得到。

我们需要建成前文的那种玻璃布和树脂互相出现的模型需要两个参数,也就是本文所说的最大最小介电常数,分别代表下图这两个位置的值。

然后根据一个公认的公式,玻璃布和树脂自身的介电常数的占比能混合得到最终玻璃布的等效介电常数,因此通过2种不同的玻璃布就能得到两个方程,解出树脂和玻纤布各自的介电常数出来了。这时候顺便也得到了本文建模需要的最小介电常数。

那么最大介电常数怎么得到呢?同样,我们根据一个真实玻纤的构成结构出发,通过上下层树脂和玻璃布的分配情况就能按照它本身的比例反推出我们需要的最大介电常数。

最后我们就能按照得到的最大最小介电常数把这个简单等效的玻纤布的3D模型建出来了。


建完模型肯定要和测试的进行验证才知道精度如何,因此本文进行了仿真和测试的对比,配合粗糙度的模型,发现这种新的玻纤布3D模型的确是具有非常高的精度。尤其在模态转换这个参数的仿真,和测试能很好的拟合上。


最后作者还进行了一些更深入的仿真和测试结果的验证,例如下面这样,差分线在水平上进行移动时,处于不同玻纤布位置下的仿真和测试的对比。

以及像下面这样,板材旋转不同角度时的仿真和测试的对比。



— end —

本期提问

大家回顾下玻纤效应到底会对高速信号有哪些影响以及如何通过设计来解决?



————你可能错过的往期干货————

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