CST時(shí)域TDR仿真實(shí)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(shí)域反射計(jì)。測(cè)試中，通過(guò)測(cè)量輸入電壓與反射電壓比，從而計(jì)算不連續(xù)的阻抗。
傳統(tǒng)TDR測(cè)試的實(shí)用性有所限制，如有限的上升時(shí)間，大的階躍電壓會(huì)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(shí)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(guò)S參數(shù)轉(zhuǎn)換得到TDR，無(wú)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(shì)。下面我們開始介紹如何用CST軟件來(lái)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(cè)，設(shè)置一個(gè)時(shí)間power flow監(jiān)視器如下圖：
這里我們?cè)O(shè)置的頻率范圍是0到20GHz，在CST中，要進(jìn)行TDR計(jì)算非常方便，我們?cè)趕pecial里勾選上如下選項(xiàng)，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(cè)（TDR cross probing）用，如果不做Cross probing可以不勾。我們點(diǎn)擊START啟動(dòng)仿真，如下圖所示：
這里的端口是2個(gè)離散端口，我們做TDR在線探測(cè)的時(shí)候只要激勵(lì)其中一個(gè)就可以隨著仿真脈沖的波的傳播，實(shí)時(shí)的得到TDR的結(jié)果，在1D Result下會(huì)多一個(gè)文件夾，如下圖所示：
在CST仿真中本來(lái)就是實(shí)時(shí)的通過(guò)求解激勵(lì)信號(hào)，回波信號(hào)，和傳輸信號(hào)來(lái)了解電磁波在模型鐘的傳播情況，在脈沖激勵(lì)的仿真中，在線TDR也正是同樣對(duì)O1,1的結(jié)果進(jìn)行了積分處理。
如上圖可以看到，在脈沖激勵(lì)下，得到o1,1的同時(shí)就能得到在線TDR。基于這種原理，我們用時(shí)域仿真TDR只需要仿真所關(guān)心的一段時(shí)間信號(hào)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(cè)（cross-probing）
TDR交叉探測(cè)需要設(shè)置一個(gè)時(shí)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(shí)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(diǎn)在物理模型的位置。
階躍信號(hào)仿真
在CST中，用高斯脈沖信號(hào)做激勵(lì)，TDR就是計(jì)算的高斯脈沖的積分，就是測(cè)試常用的階躍信號(hào)，如下圖所示：
同樣，我們對(duì)回波信號(hào)做積分就是我們要的TDR信號(hào)。
由上圖可知，我們?cè)赥DR儀器中設(shè)置的階躍信號(hào)上升沿時(shí)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(shí)候，fmax等于20GHz。即你仿真0-20GHz，就是仿真的測(cè)試時(shí)候講階躍信號(hào)80%上升時(shí)間設(shè)置為43.8ps。反之也可以通過(guò)儀器設(shè)置的時(shí)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(hào)進(jìn)行仿真，如下圖：
同樣在用階躍信號(hào)仿真時(shí)，我們只需要仿真一段時(shí)間就可以了，例如本例中只需要仿真約0.7ns。
通過(guò)后處理，對(duì)延遲進(jìn)行平移后，其實(shí)兩種方法得到的TDR結(jié)果是完全一致的。
同樣對(duì)于60%脈沖上升時(shí)間，也可以得到如下公式：
綜上所述，用CST時(shí)域仿真TDR有三大優(yōu)點(diǎn)：
在線TDR仿真，實(shí)時(shí)得到TDR結(jié)果。
可以用和實(shí)測(cè)一樣設(shè)置的階躍信號(hào)模型，當(dāng)然用高斯脈沖原理也是一樣的。
獨(dú)有的TDR Cross Probing，探測(cè)阻抗不連續(xù)點(diǎn)的具體發(fā)生的位置。
CST時(shí)域仿真最高效的幫助用戶了解被測(cè)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(cè)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(shí)際意義的。
