CN108280277B - 一种传输线随温度变化的损耗算法 - Google Patents

一种传输线随温度变化的损耗算法 Download PDF

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Abstract

一种传输线随温度变化的损耗算法，包括S1、将传输线根据构成材料的电气特性分为一般损耗材料、中等损耗的材料、低损耗材料和非常低损耗材料四种类型；S2、选取四种类型材料中的样本做验证测试，获得不同频率和不同温度条件下传输线每英寸的损耗值数据；S3、对上一步骤获得的数据进行处理，设定测试起始温度的损耗基准值，并以相同温度差递增分别换算出对应的损耗比例；S4、通过一元线性回归法进行求解，获得不同温度差异下损耗比例线；S5、将损耗比例线中的斜率A和截距B，代入y＝Ax+B获得损耗算法公式。本发明通过损耗算法公式获得其他同级别材料更准确的传输线损耗参数，保证链路仿真的精度，降低系统风险，节约成本和提高效率。

Description

一种传输线随温度变化的损耗算法
技术领域
本发明涉及传输线材料的损耗算法，尤其涉及一种传输线随温度变化的损耗算法。
背景技术
随着服务器、云平台等系统架构越来越复杂，信号速率越来越高，对高速总线的信号完整性SI要求更严格。而另一方面，为了满足客户及实际需要，现有的大多数服务器产品通常采用超出设计指导范围(OUT OF GUIDELINE)OOG的规范进行设计和开发，因此，如何保证OOG的设计和产品能够满足系统性能，通过SI仿真进行模拟和验证是保证性能满足要求的必要环节。
对信号完整性SI仿真的精确性来说，除了要求仿选择正确真的方法、架构链路的精准分析、关键器件的模型准确外，最基础的也是可控的因素，就是传输线模型的精准建立。架构链路中PCB板传输线部分占了主要的长度，如果这部分模型不准确，会降低导致整个链路的精度。但是，对现有各种PCB材料进行电气性能的验证及仿真参数的提取，这种验证仅限于在常温下的参数测量和仿真提取，但在实际的系统运行中，机箱内温度远远高于室温，PCB板面的温度更是高达70～80度，PCB板传输线的损耗已经和常温条件下的损耗明显不同。
所以在系统仿真时仅仅采用常温下的测量仿真提取参数，对于链路评估是有极大风险的，通常情况下会针对这一差异设置仿真余量，来保证风险最小，但弊端在于，余量的大小难以掌控，余量大会提高成本；余量小会增加风险。针对上述问题，通常会对不同材料做高温高湿环境下的测试，然后分析数据总结随着温度的升高，损耗相应增加百分之多少。这种做法只能粗略的估算出高温环境下的损耗，同时不同材料的百分比也不同；另外，要对每一种材料做高温高湿测试，耗时耗力成本高，不太容易实现。
如中国专利(授权公告号CN104934973B)公开了“一种考虑温度的电力线路损耗计算方法”，包括步骤(1)：获取包括电力网络中各支路上电力线路的温度在内的电力网络参数信息；步骤(2)：在考虑电力线路的温度的情况下，求取电力网络的有功功率、无功功率和温度的修正方程，得到有功功率、无功功率和温度的不平衡量；步骤(3)：判断有功功率、无功功率和温度的不平衡量是否达到预设收敛标准，若达到预设收敛标准，则进入步骤(4)；若未达到预设收敛标准，则修正电力网络中各节点电压、相角和温度，修正电力线路中各支路的电阻值，返回步骤(1)；步骤(4)：根据得到的电力网络参数信息，对每条电力线路支路上的复功率的实数部分均求和，得到每条电力线路支路上的功率损耗。该计算方法针对的是电力网络中的电力线路，无法有效解决PCB板传输线损耗的参数获取。
发明内容
本发明提出一种传输线随温度变化的损耗算法，用于解决现有技术中由于仅在常温下对传输线测量仿真提取参数，导致链路评估存在风险的。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种传输线随温度变化的损耗算法，包括以下步骤：
S1、将传输线根据构成材料的电气特性分为一般损耗材料、中等损耗的材料、低损耗材料和非常低损耗材料四种类型；
S2、选取四种类型材料中的样本做验证测试，获得不同频率和不同温度条件下传输线每英寸的损耗值数据；
S3、对上一步骤获得的数据进行处理，设定测试起始温度的损耗基准值，并以相同温度差递增分别换算出对应的损耗比例；
S4、通过一元线性回归法进行求解，获得不同温度差异下损耗比例线；
S5、将损耗比例线中的斜率A和截距B，代入y＝Ax+B获得损耗算法公式，其中，X为仿真温度与测试起始温度的差值、y为仿真温度下的传输线损耗。
如上所述的一种传输线随温度变化的损耗算法，所述步骤S3中，测试起始温度为25度，且设定25度时损耗基准值为1。
如上所述的一种传输线随温度变化的损耗算法，所述步骤S5中，对同一频率下多个样本的损耗比例线斜率A和截距B分别计算平均值，再以平均值代入损耗算法公式中。
如上所述的一种传输线随温度变化的损耗算法，所述步骤S1中，材料的电气特性分别依据包括相对导电率、介质损耗角。
如上所述的一种传输线随温度变化的损耗算法，所述步骤S3中，递增的温度差为10～30之间。
如上所述的一种传输线随温度变化的损耗算法，所述步骤S2中，验证测试采用的频率为2GHz、4GHz、6GHz、8GHz、10GHz和12GHz。
与现有技术相比，本发明的优点是：
由于不同级别的材料对于温度的敏感度不一样，但是同一级别的材料对温度的敏感度基本一致，因此，将PCB板传输线根据材料构成的电气特性分为一般损耗的材料，中等损耗的材料，低损耗的材料和非常低损耗的材料四种类型，从而，可以通过样板试验检测，针对同一级别的材料只用测试验证少数几款材料，经过对获得的数据进行处理分析后，获得损耗算法公式y＝Ax+B中的各项参数，通过损耗算法公式获得其他同级别材料更准确的传输线损耗参数，保证链路仿真的精度，降低系统风险，节约成本和提高效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。
图1是本实施例检测频率4GHz时不同温度下样本的损耗比例线示意图；
图2是本实施例检测频率8GHz时不同温度下样本的损耗比例线示意图；
图3是本实施例检测频率12GHz时不同温度下样本的损耗比例线示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1-图3所示，本实施例公开的一种传输线随温度变化的损耗算法，包括以下步骤：
S1、将传输线根据构成材料的电气特性分为一般损耗材料、中等损耗的材料、低损耗材料和非常低损耗材料四种类型；
S2、选取四种类型材料中的样本做验证测试，获得不同频率和不同温度条件下传输线每英寸的损耗值数据；
S3、对上一步骤获得的数据进行处理，设定测试起始温度的损耗基准值，并以相同温度差递增分别换算出对应的损耗比例；
S4、通过一元线性回归法进行求解，获得不同温度差异下损耗比例线；
S5、将损耗比例线中的斜率A和截距B，代入y＝Ax+B获得损耗算法公式，其中，X为仿真温度与测试起始温度的差值、y为仿真温度下的传输线损耗。
传输线根据构成材料的电气特性分为一般损耗材料、中等损耗的材料、低损耗材料和非常低损耗材料四种类型，属于本领域中对传输线链路进行分类的常见方法，分类依据包括材料的相对导电率、介质损耗角等参数。
具体而言，本实施例在一般损耗材料中选取四种样本材料，同时为了保证样本验证测试数据的准确性，四种样本共重复选择三组，经过验证测试后，分别获得不同频率和不同温度条件下的传输线每英寸的损耗值。
如下表1所示，材料A、材料B、材料C分别表示三组样本；序号1到4分别表示。验证测试条件，设定以25度为测试起始温度，温度差递增幅度为25度，即总共对样本进行25度、50度和75度下的损耗测试；同时，验证测试采用的频率为4GHz、8GHz和12GHz，最终获得样本测试原始数据见下表1。
表1：样本测试原始数据
Figure BDA0001546427340000051
再对获取的样本测试原始数据进行处理，以25度下的损耗为基准1，分别换算出50度和75度下的损耗比例，同时，以25度为基准0，相应的50度即增加了25度，75度即增加了50度。经过处理后的样本损耗比例数据见下表2。
表2：样本损耗比例数据
Figure BDA0001546427340000061
如图1-3所示，将三组样本在4GHz、8GHz和12GHz频率下，对表2中的样本损耗比例数据通过一元线性回归法求解公式，获取获得不同温度差异下的损耗比例线，代入y＝Ax+B获得损耗算法公式。
其中，A损耗比例线的斜率、B为损耗比例线的截距，X为仿真温度与测试起始温度的差值、y为仿真温度下的传输线损耗。
进一步的，为了保证损耗算法公式中A和B参数的准确性，可以对对同一频率下多个样本的损耗比例线斜率A和截距B分别计算平均值，再以平均值代入损耗算法公式中。
如图1所示，使用时，利用一般损耗材料在4GHz下获得的损耗算法公式y＝0.001x+0.998，在链路进行信号完整性仿真时，可以代入仿真温度与检测起始温度的差值X，从而能够快速、方便、精准的获得PCB板传输线损耗值，保证链路评估精确性和系统的温度性，节约成本和提高效率。
本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。

Claims (1)

1.一种传输线随温度变化的损耗算法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将传输线根据构成材料的电气特性分为一般损耗材料、中等损耗的材料、低损耗材料和非常低损耗材料四种类型；
所述步骤S1中，材料的电气特性分别依据包括相对导电率、介质损耗角；
S2、选取四种类型材料中的样本做验证测试，获得不同频率和不同温度条件下传输线每英寸的损耗值数据；
所述步骤S2中，验证测试采用的频率为2GHz、4GHz、6GHz、8GHz、10GHz和12GHz；
S3、对上一步骤获得的数据进行处理，设定测试起始温度的损耗基准值，并以相同温度差递增分别换算出对应的损耗比例；
所述步骤S3中，测试起始温度为25度，且设定25度时损耗基准值为1；
所述步骤S3中，递增的温度差为25；
S4、通过一元线性回归法进行求解，获得不同温度差异下损耗比例线；
S5、将损耗比例线中的斜率A和截距B，代入y＝Ax+B获得损耗算法公式，其中，X为仿真温度与测试起始温度的差值、y为仿真温度下的传输线损耗；
所述步骤S5中，对同一频率下多个样本的损耗比例线斜率A和截距B分别计算平均值，再以平均值代入损耗算法公式中。
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