论文部分内容阅读
在电子设备盛行的今天,USB(Universal Serial Bus)是被使用最多的接口。但随着USB标准的不断更新,原有的各种USB接口无法满足标准要求。所以,USBType-C连接器应运而生。Type-C连接器不仅解决了 USB接口正反插的问题,而且相比于Type-A和Type-B连接器有更小的尺寸,使得设备上的接口占据更小的体积。同时,更强的供电能力和更快的传输速度也让其得到了越来越多人的喜爱。从目前的趋势来看,随着未来USB标准的不断更新,今后将会有越来越多的设备支持Type-C接口,并且速度一定是飞快的。Type-C连接器的可靠性和因为尺寸小、速度快带来的信号完整性问题也应该更加受到关注。本课题选择通过理论计算和测试分析相结合的方法分析Type-C连接器的直流性能,采用仿真分析与测试分析相结合的方法对Type-C连接器的信号完整性进行分析。首先分析Type-C连接器在普通和腐蚀环境下的直流接触性能,采用四点法检测Type-C连接器接触对的接触电阻,用电子显微镜/能谱分析仪分析接触对的耐腐蚀性。该款Type-C连接器接触电阻在普通环境下有67%的接触对满足小于等于40mΩ的要求。在腐蚀环境下,接触电阻是普通环境下的2倍以上,取决于连接器是插合的还是分离的。连接器在插合时的耐腐蚀能力也不好,表面出现了电阻率高的腐蚀物,而增加了接触电阻并影响接触可靠性。虽然连接器的插拔可以使腐蚀物脱落,但接触性能已经不能再恢复到腐蚀前。然后,在三维电磁场仿真软件AnsoftHFSS中仿真分析了 Type-C连接器信号完整性参数,B排针脚比A排的各项信号完整性指标也更好;B排针脚各项信号完整性指标均满足要求,A排针脚的插损和回损在传输速率大于7GHz时,不满足指标;对比了 Type-C连接器单个差分对模型与完整模型的仿真结果,单个差分对模型结构更简单,所以各项信号完整性指标都更好。并在HFSS中建立了不同插入深度和不同介电常数介质层的连接器单个差分对模型,分析影响该款连接器信号完整性的因素以作优化设计,得到了随着插入深度减小该模型的信号完整性指标也更好和在介质层的介电常数为3.8时信号完整性最优的结论。最后对该款Type-C连接器在CST Microware Studio进行了眼图分析,得到了在其在5GHz和10GHz时的眼图及相关参数。最后,对Type-C连接器进行了信号完整性测试。介绍了测试的必要性以及常用的测试方法,根据Type-C连接器的特征选择了 PCB夹具作为测试夹具,走线采用微带线及差分结构,并匹配了 Type-C连接器85Q的差分阻抗,在Altium Designer中设计出测试夹具的PCB版图后制作所需的测试夹具。本课题采用E5071C型矢量网络分析仪测试了该款连接器的阻抗、插入损耗和回波损耗等参数,阻抗与回波损耗的测试结果与仿真结果接近,插入损耗的仿真结果明显高于测试结果。仿真结果与测试结果存在误差的主要原因有两方面:(1)仿真模型与实物在结构参数上和工作环境存在一定的差异;(2)测试夹具的焊点和介质层的不均匀会导致误差。