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Clarity 實例教學 | 如何對 PCB 上的連接器快速提取 S 參數

By Chen Yun, Graser

連接器 (Connector) 構造看似簡單,但設計連接器從來不是件容易的事。誠如〈 實用筆記 | 如何為高性能連接器設計提供清晰的訊號方案 〉文章中提及,連接器的設計必須考慮到訊號完整性問題,有些問題無法僅透過 SerDes 發射器和接收器中的等化器來解決。而其中決定電路特性的重要因子 一 S 參數,更與訊號完整性分析息息相關。藉由 S 參數我們可以很好的了解回波損耗、串擾、反射等訊號資訊,進而幫助我們找出訊號完整性問題。

運用 Cadence® Clarity™ 3D 求解器結合 Sigrity™ 3D Workbench,使用者可將例如纜線和連接器等機械結構併入其系統設計,並將電氣機械互連建立為單一模型。再利用平行運算演算法,強調精準度、無限容量與速度三者並行,能幫助使用者快速取得精確可用的 S 參數模型以進行系統分析。

本文將手把手解析如何使用 Clarity 3D Workbench,在複雜 PCB 連接器設計上更有效率地萃取 S 參數。

輸入 MCAD / ECAD 檔案

1.

選擇 Modeller > Import,載入 PCB 檔案

2.

選擇 Project > Coordinate Systems > WorldCS,並且點擊右鍵選擇 Add Simple UCS 作為一個新的坐標系

3.

選擇 Modeller > Import 載入 Connector 檔案

連接 Connector 和 PCB

4.

在 Parts 點擊右鍵並選擇 Joint Components,去連接兩個在不同坐標系的物體。

設定材料和 Net 名稱

在 PCB 檔案部分可以事先在 Clarity 3D Layout 設定好材料、Net 等相關參數,只有 Connector 部分需在 3D Workbench 設定材料等參數。

5.

SMA_Pin_Unnamed:Material copper and Net name as Signal
SMA_Shielding_Unnamed:Material copper and Net name as GND
SMA_Teflon_Unnamed:Material Teflon

創建 Ports

6.

選擇 Parts > Create Rectangle

7.

在物件上點擊右鍵並選擇 Pattern > Circular Pattern,去複製其他三個長方形。

8.

同時選取四個物件,並點擊右鍵選擇 Assign Excitations > Coaxial Port,設置 Port name 及 Impedance,最後選擇 OK。

創建 Out Box

9.

在面上點擊右鍵選擇 Offset Faces / Parts,輸入 40mm 並點擊 OK。

設定和執行模擬

10.

選擇 Tools > Options > Options,設定模擬。

11.

點擊 Simulation > Frequency Settings 設定頻率範圍,然後點擊 Refresh,選擇 Near Field

12.

選擇 Simulation > Solver,設定以下欄位。

13.

選擇 Simulation > Mesh Options,設定 Mesh 選項。

14.

選擇 Solver > Simulation > Set up Computer Resource

15.

設定欲使用 CPU 數量。

16.

選擇 Solver > Simulation > Start

17.

選擇 Solver > Simulation > Performance Check,檢查收斂性。

18.

模擬結束後,選擇 Solver > Simulation > Results > XY Plot

藉由上述步驟,就可以利用 Clarity 3D Workbench 更快、更有效率地對 PCB 連接器提取精確的 S 參數,趕快來試著實際操作看看吧 !

結語

新一代的 Clarity 將會是萃取 S 參數的新主流。

性能
Clarity 利用平行運算處理,得到速度上的大幅提升,甚至相差達到 10 倍速之多。

容量
Clarity 能夠乘載幾乎無限的容量,大型結構上可以選擇在小型或大型計算機上求解,無需分割結構。

精準度
Clarity 幾乎無精度上的損失,無論是與測量或者第三方軟體比較,都能得到一致性的結果。

Cadence 最新一代 Sigrity™ X 解決方案,以能進行系統級分析的強大新模擬引擎為特色,並包含 Cadence Clarity™ 3D Solver 的創新大規模分散式結構,更可解決當今頂尖技術人員在 5G 通訊、汽車、超大型規模運算以及航太與國防產業,所面臨到的系統級模擬規模與可擴展性挑戰。最新版本已於日前發佈,想了解新版本中有哪些實用功能?

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[技術便利貼] SIGRITY 版本現在稱為 SIGRITY / SYSANLS。SYSANLS 意旨系統分析 (System Analysis),其中包含 Clarity 3D Solver 和 Celsius Thermal Solver 產品。系統分析產品專注於完整的系統,含括熱、EMI、RF 和提取模擬分析。

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