CST時域TDR仿真實例

本期將介紹如何用CST做TDR仿真。首先我們先了解一下什么是TDR？TDR（Time Domain Reflectometer），時域反射計。測試中，通過測量輸入電壓與反射電壓比，從而計算不連續(xù)的阻抗。

傳統(tǒng)TDR測試的實用性有所限制，如有限的上升時間，大的階躍電壓會損壞有源器件等，而做TDR仿真則沒有這些限制。CST作為一款以時域積分方程方法起家的工具，在TDR分析中相較于一些頻域算法通過S參數(shù)轉(zhuǎn)換得到TDR，無論是效率還是精度上（考慮完整的阻抗段）都有非常明顯的優(yōu)勢。下面我們開始介紹如何用CST軟件來做TDR仿真。

在線TDR仿真

首先先創(chuàng)建仿真模型，如下圖所示：

微帶線板的厚度1mm，材料為介電常數(shù)為4的FR4，其他尺寸見上圖。

為了后文需要做交叉探測，設(shè)置一個時間power flow監(jiān)視器如下圖：

這里我們設(shè)置的頻率范圍是0到20GHz，在CST中，要進行TDR計算非常方便，我們在special里勾選上如下選項，就可以做在線TDR的仿真了，如下圖：

其中，50% time shifting為了后文交叉探測（TDR cross probing）用，如果不做Cross probing可以不勾。我們點擊START啟動仿真，如下圖所示：

這里的端口是2個離散端口，我們做TDR在線探測的時候只要激勵其中一個就可以隨著仿真脈沖的波的傳播，實時的得到TDR的結(jié)果，在1D Result下會多一個文件夾，如下圖所示：

在CST仿真中本來就是實時的通過求解激勵信號，回波信號，和傳輸信號來了解電磁波在模型鐘的傳播情況，在脈沖激勵的仿真中，在線TDR也正是同樣對O1,1的結(jié)果進行了積分處理。

如上圖可以看到，在脈沖激勵下，得到o1,1的同時就能得到在線TDR。基于這種原理，我們用時域仿真TDR只需要仿真所關(guān)心的一段時間信號即可，而不需要像頻域仿真那樣仿完完整的S參數(shù)。下圖是仿完的TDR阻抗，我們可以很清晰的看到兩段阻抗不連續(xù)的地方。

TDR交叉探測（cross-probing）

TDR交叉探測需要設(shè)置一個時間power flow監(jiān)視器。上圖中，我們發(fā)現(xiàn)阻抗最小的位置發(fā)生在0.365ns的時刻，可以利用如下圖后處理宏得到模型中的位置。

如上圖可見，軟件找到了阻抗不連續(xù)點在物理模型的位置。

階躍信號仿真

在CST中，用高斯脈沖信號做激勵，TDR就是計算的高斯脈沖的積分，就是測試常用的階躍信號，如下圖所示：

同樣，我們對回波信號做積分就是我們要的TDR信號。

由上圖可知，我們在TDR儀器中設(shè)置的階躍信號上升沿時間可以換算成和頻率相關(guān)的公式。例如當(dāng)T10%-90%raise=43.8ps的時候，fmax等于20GHz。即你仿真0-20GHz，就是仿真的測試時候講階躍信號80%上升時間設(shè)置為43.8ps。反之也可以通過儀器設(shè)置的時間反推需要仿真的頻率。當(dāng)然CST里一樣可以不用高斯脈沖，而直接用階躍信號進行仿真，如下圖：

同樣在用階躍信號仿真時，我們只需要仿真一段時間就可以了，例如本例中只需要仿真約0.7ns。

通過后處理，對延遲進行平移后，其實兩種方法得到的TDR結(jié)果是完全一致的。

同樣對于60%脈沖上升時間，也可以得到如下公式：

綜上所述，用CST時域仿真TDR有三大優(yōu)點：

1. 在線TDR仿真，實時得到TDR結(jié)果。

2. 可以用和實測一樣設(shè)置的階躍信號模型，當(dāng)然用高斯脈沖原理也是一樣的。

3. 獨有的TDR Cross Probing，探測阻抗不連續(xù)點的具體發(fā)生的位置。

CST時域仿真最高效的幫助用戶了解被測物體的阻抗不連續(xù)情況以及發(fā)生的位置。另外需要注意的是，TDR方法本身只適合于觀察靠近端口處的一些不連續(xù)現(xiàn)象，如果阻抗變化復(fù)雜，和測試一樣，后面的一些多次反射的結(jié)果通常是沒有太多的實際意義的。