玻纖效應到底能不能通過仿真來量化

來源:一博科技 時間:2020-2-25 類別:微信自媒體

公眾號 | 高速先生
作者 | 黃剛 (一博科技高速先生團隊隊員)

玻纖效應是一種有點懸乎的概率事件,它的懸乎性表現為在特定的情況下會發生,一旦發生了就會對高速信號產生非常巨大的影響,而且很難直接排查出來。但是它神奇的地方在于可能會發生又可能不發生,而且同一塊板上有些地方會發生。

好啦,前奏總要說得引人入勝,大家才有興趣繼續關注的嘛。如果經常看高速先生文章的粉絲們都會知道玻纖效應的概念以及它的表現形式,這里就不再一次又一次的重復了。作為一名SI工程師,我們總是想通過建模的方式把玻纖的模型建出來,很多客戶找我們高速先生做仿真都會問,“你們能夠仿真出玻纖效應的影響嗎”,這個問題我們總是會回答,我們不能!其實主要原因還是在于它的懸乎性,也就是概率事件,因此從根本上做這個仿真就沒很大的意義,還不如采用一些方法盡量規避它。但是在我們自己研究的角度來看,會建模仿真出玻纖效應的影響是非常有意義的事情。這不,今天給大家分享的DesignCon論壇的文章就有關于它的,一起來看看吧。

這篇文章題目也很直接明了,就叫建立一種實用的玻纖3D模型的方法。

 
當然文章的開頭肯定是要先突出玻纖效應對高速信號的巨大影響了。由于差分線P和N之間的路徑遇到的玻璃纖維和樹脂的不同,因此產生相位差,累積到一定的量時,就會在高頻產生巨大的諧振點,從而導致損耗的急劇下降,大家都知道這意味著什么了吧。
 
然后作者鋪墊了一下客戶的需求和目標,目前通過測試的方法驗證的話肯定是費時間和成本,而通過非常復雜的3D建模,把玻纖建成與現實中的玻纖一模一樣也是非常的困難,而且這種模型進行仿真需要服務器能力和時間的強大支撐,因此引出了我們急需一種精度高而又有效率的建模方式。
 
 
因此作者先在前面引出這種建模方法,建成玻璃布和樹脂相互嵌合的方式,無需像真正的玻纖布,關鍵是能縮短仿真時間的同時又具有非常高的精度。
 

我們具體的來看看它這種模型是如何一步步完成的哈。

首先我們需要兩種或以上玻纖布的規格數據,參數包括了最終的等效介電常數,玻纖布的密度(也就是pitch)以及玻璃布和樹脂的占比(也就是RC值)。這些值都能通過廠家的規格書直接得到。
 
我們需要建成前文的那種玻璃布和樹脂互相出現的模型需要兩個參數,也就是本文所說的最大最小介電常數,分別代表下圖這兩個位置的值。
 
然后根據一個公認的公式,玻璃布和樹脂自身的介電常數的占比能混合得到最終玻璃布的等效介電常數,因此通過2種不同的玻璃布就能得到兩個方程,解出樹脂和玻纖布各自的介電常數出來了。這時候順便也得到了本文建模需要的最小介電常數。
 
那么最大介電常數怎么得到呢?同樣,我們根據一個真實玻纖的構成結構出發,通過上下層樹脂和玻璃布的分配情況就能按照它本身的比例反推出我們需要的最大介電常數。
 
最后我們就能按照得到的最大最小介電常數把這個簡單等效的玻纖布的3D模型建出來了。
 
建完模型肯定要和測試的進行驗證才知道精度如何,因此本文進行了仿真和測試的對比,配合粗糙度的模型,發現這種新的玻纖布3D模型的確是具有非常高的精度。尤其在模態轉換這個參數的仿真,和測試能很好的擬合上。
 
 
最后作者還進行了一些更深入的仿真和測試結果的驗證,例如下面這樣,差分線在水平上進行移動時,處于不同玻纖布位置下的仿真和測試的對比。
 
以及像下面這樣,板材旋轉不同角度時的仿真和測試的對比。



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