CN116702693B - 一种sma连接器模型信号完整性仿真方法和装置 - Google Patents

一种sma连接器模型信号完整性仿真方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于器件模型仿真技术领域，提供一种SMA连接器模型信号完整性仿真方法和装置，其方法包括建立SMA连接器中多个目标组件的三维模型；目标组件包括SMA连接器的外导体、内导体、接地平面和填充介质；包括：分别依次对外导体、内导体、填充介质进行三维建模；将待仿真SMA连接器的多个目标组件的参数，分别输入至对应的目标组件的三维模型进行仿真，以得到待仿真SMA连接器的三维模型的信号完整性结果；建立连接器中多个目标组件的三维模型的方法适用于PCB板的内层走线和PCB板的外层走线。利用SMA连接器同轴传输线的传输原理，根据具体连接器的型号参数进行建模，简化了复杂的三维建模步骤。

Description

一种SMA连接器模型信号完整性仿真方法和装置
技术领域
本发明涉及器件模型仿真技术领域，特别是涉及一种SMA连接器模型信号完整性仿真方法和装置。
背景技术
SMA(Sub Miniature versionA)连接器是一种在PCB电路板中常用的基本元器件，常用于在电路板上为信号或时钟提供转换接口。随着高密度互联电路板的发展，信号工作速率也越来越高。SMA连接器作为一种在高速链路中的连接器，往往是需要重点关注的阻抗不连续点，特别是对于工作速率越来越高的信号来说，一般需要通过软件建模仿真确认其在链路的阻抗匹配才能确保高速信号质量完整性，为设计提供指导。仿真阻抗连续性指标可以用时域反射阻抗(Time Reflectometry Resistance，TDR)来进行衡量。
SMA连接器的阻抗仿真结果的可靠性往往依赖于建模的精确度，因此为了获得更贴近真实的模拟结果，在可以拿到SMA连接器模型的前提下，通常会将实际的SMA连接器模型代入仿真软件模拟。但是不同的项目可能会根据实际需求，选型不同型号的SMA连接器，大多数情况下厂家并不能提供详细的三维仿真模型，或者有时候网上找到的模型是加密文件无法使用，这时候仿真建模就会变得较为困难。因此，无法找到SMA连接器的三维模型时，常用的一种方法是使用软件中自带的建立端口功能在SMA连接器的二维结构上加上端口和激励源进行仿真；还有一种方法是根据找到的尺寸结构图，去仿真软件中按照标注尺寸进行实际建模，然后再加激励源。在二维结构上建立端口添加激励，没有考虑信号在SMA连接器部分的传输过程，不能完全反应信号的传输损耗，仅考虑了信号传输线本身的特性，如果不进行去嵌设计移除SMA连接器的效应，仿真结果和实测结果可能会存在较大偏差根据实际尺寸建模需要花费较大的时间和人力成本，而且不能保证自己所建立的模型和SMA的真实模型完全一致。
之前仿真带连接器的PCB时，如果能找得到SMA连接器实际的模型就会代入软件仿真，大部分情况下不同项目所使用的SMA连接器接头都会根据项目需求而变化，不同的工程项目不会采用固定的型号，很难直接找到不同类型的实体模型且费时费力，这时忽略SMA连接器模型的部分，直接在信号焊盘上添加端口激励进行仿真，仿真结果丢失了SMA连接器模型的信息，如果测试时不进行去嵌入处理，在时延和反射上，得到的仿真结果与实际结构可能会有较大差别。而去嵌入测试需要专门设计测试结构，需要耗费额外的精力进行测试。
另外，传统的焊接式SMA从建模和使用上来说，仅可用于表面走线的PCB，信号的工作速率也较低，且需要焊锡焊接到PCB板子上，从而会出现焊锡的焊接好坏会影响阻抗结果，造成阻抗偏差的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种SMA连接器模型信号完整性仿真方法和装置，能够解决上述问题。
本发明提供的技术方案如下：
在一些实施例中，本发明提供一种SMA连接器模型信号完整性仿真方法，包括：
建立SMA连接器中多个目标组件的三维模型；所述目标组件包括SMA连接器的外导体、内导体、接地平面和填充介质；具体包括步骤：
分别依次对所述外导体、所述内导体、所述填充介质进行三维建模，所述填充介质位于所述内导体和所述外导体之间，所述内导体和所述外导体为同心圆柱；
将待仿真SMA连接器的多个目标组件的参数，分别输入至对应的所述目标组件的三维模型进行仿真，以得到所述待仿真SMA连接器的三维模型的信号完整性结果；
其中，所述建立连接器中多个目标组件的三维模型的方法适用于PCB板的内层走线和所述PCB板的外层走线。
在一些实施方式中，所述分别依次对所述外导体、所述内导体、所述填充介质进行三维建模包括：
对所述外导体进行建模，所述外导体的直径设置为D；
对所述内导体进行建模，所述内导体的直径设置为d，
其中，所述SMA连接器的同轴阻抗为：
Z＝[138.2/(εr0.5)]*lg(D/d)；
其中，Z为所述SMA连接器的同轴阻抗，εr为所述填充介质的介电常数。
在一些实施方式中，在所述分别依次对所述外导体、所述内导体、所述填充介质进行三维建模之后，还包括：
在所述内导体和所述外导体的正下方对所述SMA连接器的接地平面进行建模；
在所述接地平面内挖孔一个圆形横截面；
其中，所述接地平面与所述同心圆柱同轴，所述圆形横截面与所述同心圆柱同轴，所述圆形横截面的直径大于所述内导体的直径。
在一些实施方式中，还包括：
当建立多个目标组件的三维模型后，对多个目标组件的三维模型的进行验证。
在一些实施方式中，所述当建立多个目标组件的三维模型后，对多个目标组件的三维模型的进行验证，包括：
将参考SMA连接器的目标组件的参数分别输入至多个目标组件的三维模型，得到所述参考SMA连接器的三维仿真模型；
对所述参考SMA连接器的三维仿真模型进行仿真，以得到所述参考SMA连接器的三维仿真模型的仿真结果数值；
对所述参考SMA连接器的实体三维模型进行仿真，以得到参考SMA连接器的实体三维模型的仿真结果数值；
对比所述参考SMA连接器的实体三维模型的仿真结果数值与所述参考SMA连接器的三维仿真模型的仿真结果数值；所述仿真结果数值为同轴阻抗；
当所述参考SMA连接器的实体三维模型的同轴阻抗与所述参考SMA连接器的三维仿真模型的同轴阻抗的阻抗偏差处于预设阻抗偏差范围内时，所述多个目标组件的三维模型通过验证。
在一些实施方式中一种SMA连接器模型信号完整性仿真装置，包括：
建立模块，用于建立SMA连接器中多个目标组件的三维模型；所述目标组件包括SMA连接器的外导体、内导体、接地平面和填充介质；具体包括步骤：分别依次对所述外导体、所述内导体、所述填充介质进行三维建模，所述填充介质位于所述内导体和所述外导体之间，所述内导体和所述外导体为同心圆柱；
输入模块，用于将待仿真SMA连接器的多个目标组件的参数，分别输入至对应的所述目标组件的三维模型进行仿真，以得到所述待仿真SMA连接器的三维模型的信号完整性结果；
其中，所述建立连接器中多个目标组件的三维模型的方法适用于PCB板的内层走线和所述PCB板的外层走线。
在一些实施方式中，所述建立模块，用于：
对所述外导体进行建模，所述外导体的直径设置为D；
对所述内导体进行建模，所述内导体的直径设置为d，
其中，所述SMA连接器的同轴阻抗为：
Z＝[138.2/(εr0.5)]*lg(D/d)；
其中，Z为所述SMA连接器的同轴阻抗，εr为所述填充介质的介电常数。
在一些实施方式中，所述建立模块，还用于：
在所述内导体和所述外导体的正下方对所述SMA连接器的接地平面进行建模；
在所述接地平面内挖孔一个圆形横截面；
其中，所述接地平面与所述同心圆柱同轴，所述圆形横截面与所述同心圆柱同轴，所述圆形横截面的直径大于所述内导体的直径。
在一些实施方式中，还包括：验证模块，用于：
当建立多个目标组件的三维模型后，对多个目标组件的三维模型的进行验证。
在一些实施方式中，所述验证模块，用于：
将参考SMA连接器的目标组件的参数分别输入至多个目标组件的三维模型，得到所述参考SMA连接器的三维仿真模型；
对所述参考SMA连接器的三维仿真模型进行仿真，以得到所述参考SMA连接器的三维仿真模型的仿真结果数值；
对所述参考SMA连接器的实体三维模型进行仿真，以得到参考SMA连接器的实体三维模型的仿真结果数值；
对比所述参考SMA连接器的实体三维模型的仿真结果数值与所述参考SMA连接器的三维仿真模型的仿真结果数值；所述仿真结果数值为同轴阻抗；
当所述参考SMA连接器的实体三维模型的同轴阻抗与所述参考SMA连接器的三维仿真模型的同轴阻抗的阻抗偏差处于预设阻抗偏差范围内时，所述多个目标组件的三维模型通过验证。
本发明提供的一种SMA连接器模型信号完整性仿真方法和装置至少具有以下有益效果：
本发明利用SMA连接器同轴传输线的传输原理，在只可获得连接器的尺寸结构时，根据具体连接器的型号参数进行建模，简化了复杂的三维建模步骤，但是并不会影响仿真结果的可靠性，同时还极大的提高了仿真效率。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种SMA连接器模型信号完整性仿真方法和装置的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明中的一种SMA连接器模型信号完整性仿真方法和装置的一个实施例的示意图；
图2是本发明中的多个目标组件的三维模型原理图；
图3是本发明中PCB板外层走线时SMA连接器的示意图；
图4是本发明中SMA连接器的实体三维模型和优化三维模型的回波损耗(ReturnLoss)的对比曲线图；
图5是本发明中SMA连接器的实体三维模型和优化三维模型的插入损耗(Insertion Loss)的对比曲线图；
图6是本发明中SMA连接器的实体三维模型和优化三维模型的时域反射阻抗(TDR)的对比曲线图；
图7是一种2.92mm的SMA连接器结构的俯视图；
图8是一种2.92mm的SMA连接器结构的侧视图。
具体实施方式
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，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
需要说明的是：SMA连接器：表面贴装连接器；TDR：时域反射阻抗。
在一个实施例中，如图1所示，本发明提供一种SMA连接器模型信号完整性仿真方法，包括：
S101建立SMA连接器中多个目标组件的三维模型；所述目标组件包括SMA连接器的外导体、内导体、接地平面和填充介质；具体包括步骤：分别依次对所述外导体、所述内导体、所述填充介质进行三维建模，所述填充介质位于所述内导体和所述外导体之间，所述内导体和所述外导体为同心圆柱。
示例性的，SMA连接器主要是由内导体和外导体共同构成的一种同轴结构，外导体接的是参考地，内导体接的是信号，外导体与内导体之间可填充空气或者其他介质，外导体的内径若为2.92mm，则称之为2.92mm SMA，特性阻抗一般为50Ohm。
在本实施例中，如果要在仿真软件中完全画出SMA连接器的实物模型是比较困难的，SMA连接器的接地外壳还有许多螺纹结构，固定螺钉孔等细节，它们并不影响信号的传输与阻抗，根据SMA连接器的结构了解到其主要的组成部分是内导体，外导体，接地平面以及填充介质，这些结构是直接决定同轴阻抗的。因此在本实施例中提出依照结构尺寸图画出这些主要结构的模型，然后用该模型替代SMA连接器的实物模型进行仿真。
具体的，主要建模过程为：在仿真软件中，先建立好一个外导体圆柱，该圆柱的直径可设置为变量D，再建模内导体圆柱，内导体圆柱与外导体圆柱是同心圆柱，内导体的直径可设为d，用以表示内导体的外径，内外导体的高度同时设置为h，内导体与外导体之间的空隙就是介质材料。
S102将待仿真SMA连接器的多个目标组件的参数，分别输入至对应的所述目标组件的三维模型进行仿真，以得到所述待仿真SMA连接器的三维模型的信号完整性结果；
其中，所述建立连接器中多个目标组件的三维模型的方法适用于PCB板的内层走线和所述PCB板的外层走线。
在仿真SMA连接器时，可以根据实际使用的型号去搜索对应型号的三维模型，大部分情况下能找到相应型号的尺寸示意图，但是三维模型一般不会开源给到外界，大多数厂商提供的三维模型都是加密文件，无法在仿真软件中进行设置更改，导致模型不可使用。
因此，在本实施例中，为了避免无法获取SMA连接器的三维模型导致仿真困难的这种情况，本发明提供的方法可以获取SMA连接器的尺寸参数，将尺寸参数输入至对应的目标组件的三维模型进行仿真。
本实施例中，建模的SMA连接器为表贴型可灵活拆卸的SMA连接器，无需进行焊接，可直接拧螺丝固定在PCB板子上，且专门用于高速信号传输，支持的信号工作频率高。
具体的，本实施例中建模的SMA连接器不仅可适用于表面走线的PCB，还可用于内层走线的PCB。
之前所述模型适用于内层走线的PCB，现补充外层走线时SMA模型的建模方法：
示例性的，如图3所示，当PCB走线在外层时，需要在SMA模型的接地上进行挖空矩形处理，挖空矩形的长为void_l，宽为void_w，长度需要大于表层走线和SMA重合的线长，宽度需要大于内导体的直径。
注意到此时内导体的下表面与接地是完全重合的，刚好贴合到表层走线。因为在表层走线时，SMA直接贴在PCB上，SMA的地和走线会重叠，如果不进行挖空处理，则会导致短路。在本实施例中，如图7、8所示的莫仕连接器公司生产的一种2.92mm型号的SMA连接器的结构示意图，型号为SD-732520090，该型号SMA连接器由内导体和外导体构成同轴线传输结构，与信号接触的内导体外径直径为0.394mm。由此可见该模型的三维结构比较复杂，此SMA连接器可在莫仕官方网站找到这种连接器的公开三维模型，然后导入软件仿真，省去了繁琐的建模步骤。但是如果找不到这种连接器的公开三维模型，那么就会存在繁琐的建模步骤，通过本实施例中就可以省去重新建模的繁琐步骤。
在本实施例中，在仿真软件中模拟SMA连接器模型时，进行参数化建模，将外导体和内导体的半径等参数设置为不同的变量，拿到了项目中使用的SMA连接器的结构尺寸图，便可将这些参数都输入到软件中，因此该模型可根据不同型号的SMA连接器灵活的进行参数化导入。因此使用本发明提出的优化模型让SMA连接器的效应在仿真中得以体现，可以更改好的拟合测试结果，同时也能节省去嵌测试。
本发明利用SMA连接器同轴传输线的传输原理，在只可获得连接器的尺寸结构时，根据具体连接器的型号参数进行建模，简化了复杂的三维建模步骤，但是并不会影响仿真结果的可靠性，同时还极大的提高了仿真效率。
在一个实施例中，所述分别依次对所述外导体、所述内导体、所述填充介质进行三维建模包括：
对所述外导体进行建模，所述外导体的直径设置为D；
对所述内导体进行建模，所述内导体的直径设置为d，
其中，所述SMA连接器的同轴阻抗为：
Z＝[138.2/(εr0.5)]*lg(D/d)；
其中，Z为所述SMA连接器的同轴阻抗，εr为所述填充介质的介电常数。
在一个实施例中，如图2所示，在所述分别依次对所述外导体、所述内导体、所述填充介质进行三维建模之后，还包括：
在所述内导体和所述外导体的正下方对所述SMA连接器的接地平面进行建模。
在本实施例中，由于在PCB上两个导体相互接触了就相当于同一个网络了，称之为将两个网络短接到一起。如果外导中心体和矩形地中心发生接触，则发生短路。为了将外导体接地，在建立好的内外导体的正下方建立一个矩形设置为地平面，其中心与同心圆柱体的中心保持一致，长和宽依次设置为L与W。
在所述接地平面内挖孔一个圆形横截面。
其中，所述接地平面与所述同心圆柱同轴，所述圆形横截面与所述同心圆柱同轴，所述圆形横截面的直径大于所述内导体的直径。
在本实施例中，为了防止内导体短路，需要在接地矩形上挖孔一个圆形横截面，横截面设置成与圆柱导体同心即可，直径设为d1，要求圆形横截面的直径d1大于等于内导体的直径d。
具体的，在矩形接地平面上挖一个大于或等于内导体横截面的圆形，称之为反焊盘，使得内导体不和接地平面有接触，内导体和接地平面就是两个不同的网络。如果不挖此圆形横截面，两个导体相互接触，短接在一起就会短路成一个网络即发生短路。
至此，模型的主要结构就全部建立完成，对于不同的项目需求，只要将SMA连接器的结构图纸中的内导体和外导体的直径、高度，接地导体的横截面长和宽等参数，赋予已建好模型对应的变量即可。
在本实施例中，对于不同尺寸的SMA连接器，能够很方便的根据变量参数化去更改模型大小，因而该模型适配于各种型号的SMA连接器。
在一个实施例中，还包括：
当建立多个目标组件的三维模型后，对多个目标组件的三维模型的进行验证。
在本实施例中，本发明提出的优化模型复用性高，可替代性强。仿真验证的方法包括：
1.通过找到的一款原始SMA连接器三维模型进行仿真验证，按照这款SMA连接器的尺寸参数和主要结构去构建一个SMA连接器仿真模型，基于都是业界普遍使用和认可的三维电磁仿真软件ANSYS HFSS 3D LAYOUT，得到的两者仿真结果，如果仿真结果相近即数值上误差在10％以内，则验证通过。如果验证不通过，优化模型则需要和实物模型的图纸进行比对，找出关键结构是否存在差异点。
2.若找不到三维模型但是需要验证的话，则通过测试与测试数据进行比对。
在一个实施例中，所述当建立多个目标组件的三维模型后，对多个目标组件的三维模型的进行验证，包括：
将参考SMA连接器的目标组件的参数分别输入至多个目标组件的三维模型，得到所述参考SMA连接器的三维仿真模型；
对所述参考SMA连接器的三维仿真模型进行仿真，以得到所述参考SMA连接器的三维仿真模型的仿真结果数值；
对所述参考SMA连接器的实体三维模型进行仿真，以得到参考SMA连接器的实体三维模型的仿真结果数值；
对比所述参考SMA连接器的实体三维模型的仿真结果数值与所述参考SMA连接器的三维仿真模型的仿真结果数值；所述仿真结果数值为同轴阻抗；
当所述参考SMA连接器的实体三维模型的同轴阻抗与所述参考SMA连接器的三维仿真模型的同轴阻抗的阻抗偏差处于预设阻抗偏差范围内时，所述多个目标组件的三维模型通过验证。
在本实施例中，该设计的SMA连接器模型的优点是利用SMA连接器同轴传输线的传输原理，在只可获得连接器的尺寸结构时，根据具体连接器的型号参数进行建模，简化了复杂的三维建模步骤，但是并不会影响仿真结果的可靠性，同时还极大的提高了仿真效率。
在本实施例中，为了更直观的体现本设计优化的三维连接器模型的可靠性，下面将通过三个常见的无源指标来对比使用实体三维连接器模型和本设计提出的三维模型的仿真结果。
首先使用同一块PCB上的同一组走线，分别使用找到的一款莫仕连接器实体模型和优化的模型代入仿真软件进行仿真，对比两者的仿真结果。
示例性的，在莫仕连接器的官网上找到了一款图7、8所示的SMA连接器原始三维模型，型号为：SD-732520090，使用同一块PCB上的同一组走线，分别将SMA连接器的原始模型和优化的模型代入仿真软件进行仿真，对比两者的仿真结果，可以看到三个无源指标的仿真数值结果和趋势相近，以此可以验证优化模型的可靠性。
其中，回波损耗(Return Loss)的对比曲线如图4所示，如图5所示的插入损耗(Insertion Loss)的对比曲线图，如图6所示的时域反射阻抗(TDR)的对比曲线图。
通过以上仿真对比结果可以看到，使用本发明提出的优化的SMA连接器模型的仿真结果与使用实体三维模型的仿真结果数值与趋势相似，可以验证该仿真模型的可靠性。
示例性的，以下是关于优化的SMA连接器模型的仿真结果与使用实体三维模型的仿真结果数值与趋势相似的说明：在PCB制板时，板厂给出的阻抗偏差一般为±10％，这是业界普遍认可的误差范围，例如设计目标阻抗50Ohm，实际可接受的阻抗是45～55Ohm这个区间，因此参考该误差10％来评判。从两者仿真的数值看，相差在10％以内的则认为趋势相似。
在本实施例中，该仿真模型建模方便灵活，可根据不同的项目选型需求进行参数化更改，缩减了仿真时间同时保证了仿真结果的可靠性。
本发明提出的三维模型通过实例仿真验证，仿真结果对比真实的SMA三维模型，两者结果相近，该三维模型在仿真软件中建模方便，可以根据不同的型号灵活参数化更改模型参数，可帮助工程师提高工作效率，以更快的速度获得较可靠的仿真结果。
在一个实施例中，本发明提供一种SMA连接器模型信号完整性仿真方法，包括：一种优化的SMA连接器信号完整性仿真模型，其具有内导体、外导体、内外导体之间填充的介质与参考地四个部分。
其中，内层的细圆柱为内导体，起到与信号焊盘相连接的作用。
内导体的半径可以根据实际选用的SMA型号进行参数化调节设计，外面较粗的圆柱为外导体，其与参考地相连接，外导体与内导体构成50Ohm同轴传输线，对于射频或者高速链路，一般采用的SMA连接器都是50Ohm的同轴连接器。
示例性的，首先在软件中建模好提议的SMA连接器模型，然后查看莫仕的SD-732520090这款连接器的图纸，可以找到内径为0.394mm，外径为1.311mm，高度为10.92mm，介电常数为2，接地底座长为7.16mm，宽为5.66mm，则可以将这些变量输入到模型中去。
外导体半径可根据填充的介质计算得到，同轴线缆特性阻抗可通过公式计算得到，设d为内导体外径，D为外导体内径，εr为内外导体之间填充的介质的介电常数，则同轴线的阻抗为：Z＝[138.2/(εr0.5)]*lg(D/d)。
一般结构规格书上会标明同轴导体的内径外径尺寸，若没有标注介质的话，可通过这个公式推算介质的介电常数，然后选取相应的介电常数的介质材料代入仿真。例如空气的话，外导体半径设为内导体半径的2.3倍即可。
其中，内导体和外导体的高度可根据实际的SMA连接器的高度规格进行设计。
示例性的，当从官网找到了连接器实物的尺寸结构图时，便可根据实体连接器的规格参数对该模型可灵活进行编辑。
具体的建模步骤为：SMA连接器接地外壳还有许多螺纹结构，固定螺钉孔等细节，它们并不影响信号的传输与阻抗，根据SMA连接器的结构，推出其主要的组成部分是内导体，外导体，接地平面以及填充介质，这些结构是直接决定同轴阻抗的。因此在本实施例中依照结构尺寸图画出这些主要结构的模型，然后用该模型替代SMA连接器的实物模型进行仿真。
主要建模过程为：在仿真软件中，先建立好一个外导体圆柱，该圆柱的直径可设置为变量D用以表示外导体的直径，再建模内导体圆柱，内导体圆柱与外导体圆柱是同心圆柱，内导体的直径可设为d，用以表示内导体的外径，内外导体的高度同时设置为h，内导体与外导体之间的空隙就是介质材料。
为了将外导体接地，在建立好的内外导体的正下方建立一个矩形，其中心与同心圆柱体的中心保持一致，长和宽依次设置为L与W。
为了防止内导体短路，需要在接地矩形上挖孔一个圆形横截面，横截面设置成与圆柱导体同心即可，直径设为d1，要求d1>＝d。
至此，模型的主要结构就全部建立好了，对于不同的项目需求，只要结合结构图纸中的内导体，外导体直径，高度，接地导体的横截面长和宽等参数赋给已建好模型对应的变量即可。
对于不同尺寸的SMA连接器，可以很方便的根据变量参数化去更改模型大小，因而该模型适配于各种型号的SMA连接器。
该设计的SMA连接器模型的优点是，利用SMA连接器同轴传输线的传输原理，在只可获得连接器的尺寸结构时，根据具体连接器的型号参数进行建模，简化了复杂的三维建模步骤，但是并不会影响仿真结果的可靠性，同时本发明使用一种优化过的SMA连接器三维模型代替原始模型方案，避免了难以找到SMA三维模型从而拖长项目时间的问题。
在一个实施例中，本发明提供一种SMA连接器模型信号完整性仿真装置，包括：
建立模块，用于建立SMA连接器中多个目标组件的三维模型；所述目标组件包括SMA连接器的外导体、内导体、接地平面和填充介质；具体包括步骤：分别依次对所述外导体、所述内导体、所述填充介质进行三维建模，所述填充介质位于所述内导体和所述外导体之间，所述内导体和所述外导体为同心圆柱。
示例性的，SMA连接器主要是由内导体和外导体共同构成的一种同轴结构，外导体接的是参考地，内导体接的是信号，外导体与内导体之间可填充空气或者其他介质，外导体的内径若为2.92mm，则称之为2.92mm SMA，特性阻抗一般为50Ohm。
在本实施例中，如果要在仿真软件中完全画出SMA连接器的实物模型是比较困难的，SMA连接器的接地外壳还有许多螺纹结构，固定螺钉孔等细节，它们并不影响信号的传输与阻抗，根据SMA连接器的结构了解到其主要的组成部分是内导体，外导体，接地平面以及填充介质，这些结构是直接决定同轴阻抗的。因此在本实施例中提出依照结构尺寸图画出这些主要结构的模型，然后用该模型替代SMA连接器的实物模型进行仿真。
具体的，主要建模过程为：在仿真软件中，先建立好一个外导体圆柱，该圆柱的直径可设置为变量D，再建模内导体圆柱，内导体圆柱与外导体圆柱是同心圆柱，内导体的直径可设为d，用以表示内导体的外径，内外导体的高度同时设置为h，内导体与外导体之间的空隙就是介质材料。
输入模块，用于将待仿真SMA连接器的多个目标组件的参数，分别输入至对应的所述目标组件的三维模型进行仿真，以得到所述待仿真SMA连接器的三维模型的信号完整性结果；
其中，所述建立连接器中多个目标组件的三维模型的方法适用于PCB板的内层走线和所述PCB板的外层走线。
在仿真SMA连接器时，可以根据实际使用的型号去搜索对应型号的三维模型，大部分情况下能找到相应型号的尺寸示意图，但是三维模型一般不会开源给到外界，大多数厂商提供的三维模型都是加密文件，无法在仿真软件中进行设置更改，导致模型不可使用。
因此，在本实施例中，为了避免无法获取SMA连接器的三维模型导致仿真困难的这种情况，本发明提供的方法可以获取SMA连接器的尺寸参数，将尺寸参数输入至对应的目标组件的三维模型进行仿真。
在本实施例中，如图7、8所示的莫仕连接器公司生产的一种2.92mm型号的SMA连接器的结构示意图，型号为SD-732520090，该型号SMA连接器由内导体和外导体构成同轴线传输结构，与信号接触的内导体外径直径为0.394mm。由此可见该模型的三维结构比较复杂，此连接器可在莫仕官方网站找到这种连接器的公开三维模型，然后导入软件仿真，省去了繁琐的建模步骤。但是如果找不到这种连接器的公开三维模型，那么就会存在繁琐的建模步骤，通过本实施例中就可以省去重新建模的繁琐步骤。
在本实施例中，在仿真软件中模拟SMA连接器模型时，进行参数化建模，将外导体和内导体的半径等参数设置为不同的变量，拿到了项目中使用的SMA连接器的结构尺寸图，便可将这些参数都输入到软件中，因此该模型可根据不同型号的SMA连接器灵活的进行参数化导入。因此使用本发明提出的优化模型让SMA连接器的效应在仿真中得以体现，可以更改好的拟合测试结果，同时也能节省去嵌测试。
本发明利用SMA连接器同轴传输线的传输原理，在只可获得连接器的尺寸结构时，根据具体连接器的型号参数进行建模，简化了复杂的三维建模步骤，但是并不会影响仿真结果的可靠性，同时还极大的提高了仿真效率。
在一个实施例中，所述建立模块，用于：
对所述外导体进行建模，所述外导体的直径设置为D；
对所述内导体进行建模，所述内导体的直径设置为d，
其中，所述SMA连接器的同轴阻抗为：
Z＝[138.2/(εr0.5)]*lg(D/d)；
其中，Z为所述SMA连接器的同轴阻抗，εr为所述填充介质的介电常数。
在一个实施例中，所述建立模块，还用于：
在所述内导体和所述外导体的正下方对所述SMA连接器的接地平面进行建模。
在本实施例中，由于在PCB上两个导体相互接触了就相当于同一个网络了，称之为将两个网络短接到一起。如果外导中心体和矩形地中心发生接触，则发生短路。为了将外导体接地，在建立好的内外导体的正下方建立一个矩形设置为地平面，其中心与同心圆柱体的中心保持一致，长和宽依次设置为L与W。
在所述接地平面内挖孔一个圆形横截面；
其中，所述接地平面与所述同心圆柱同轴，所述圆形横截面与所述同心圆柱同轴，所述圆形横截面的直径大于所述内导体的直径。
在本实施例中，为了防止内导体短路，需要在接地矩形上挖孔一个圆形横截面，横截面设置成与圆柱导体同心即可，直径设为d1，要求圆形横截面的直径d1大于等于内导体的直径d。
具体的，在矩形接地平面上挖一个大于或等于内导体横截面的圆形，称之为反焊盘，使得内导体不和接地平面有接触，内导体和接地平面就是两个不同的网络。如果不挖此圆形横截面，两个导体相互接触，短接在一起就会短路成一个网络即发生短路。
至此，模型的主要结构就全部建立完成，对于不同的项目需求，只要将SMA连接器的结构图纸中的内导体和外导体的直径、高度，接地导体的横截面长和宽等参数，赋予已建好模型对应的变量即可。
在本实施例中，对于不同尺寸的SMA连接器，能够很方便的根据变量参数化去更改模型大小，因而该模型适配于各种型号的SMA连接器。
在一个实施例中，还包括：验证模块，用于：
当建立多个目标组件的三维模型后，对多个目标组件的三维模型的进行验证。
在本实施例中，本发明提出的优化模型复用性高，可替代性强。仿真验证的方法包括：
1.通过找到的一款原始SMA连接器三维模型进行仿真验证，按照这款SMA连接器的尺寸参数和主要结构去构建一个SMA连接器仿真模型，基于都是业界普遍使用和认可的三维电磁仿真软件ANSYS HFSS 3D LAYOUT，得到的两者仿真结果，如果仿真结果相近即数值上误差在10％以内，则验证通过。如果验证不通过，优化模型则需要和实物模型的图纸进行比对，找出关键结构是否存在差异点。
2.若找不到三维模型但是需要验证的话，则通过测试与测试数据进行比对。
在一个实施例中，所述验证模块，用于：
将参考SMA连接器的目标组件的参数分别输入至多个目标组件的三维模型，得到所述参考SMA连接器的三维仿真模型；
对所述参考SMA连接器的三维仿真模型进行仿真，以得到所述参考SMA连接器的三维仿真模型的仿真结果数值；
对所述参考SMA连接器的实体三维模型进行仿真，以得到参考SMA连接器的实体三维模型的仿真结果数值；
对比所述参考SMA连接器的实体三维模型的仿真结果数值与所述参考SMA连接器的三维仿真模型的仿真结果数值；所述仿真结果数值为同轴阻抗；
当所述参考SMA连接器的实体三维模型的同轴阻抗与所述参考SMA连接器的三维仿真模型的同轴阻抗的阻抗偏差处于预设阻抗偏差范围内时，所述多个目标组件的三维模型通过验证。
在本实施例中，该设计的SMA连接器模型的优点是利用SMA连接器同轴传输线的传输原理，在只可获得连接器的尺寸结构时，根据具体连接器的型号参数进行建模，简化了复杂的三维建模步骤，但是并不会影响仿真结果的可靠性，同时还极大的提高了仿真效率。
在本实施例中，为了更直观的体现本设计优化的三维连接器模型的可靠性，下面将通过三个常见的无源指标来对比使用实体三维连接器模型和本设计提出的三维模型的仿真结果。
首先使用同一块PCB上的同一组走线，分别使用找到的一款莫仕连接器实体模型和优化的模型代入仿真软件进行仿真，对比两者的仿真结果。
示例性的，在莫仕连接器的官网上找到了一款图7、8所示的SMA连接器原始三维模型，型号为：SD-732520090，使用同一块PCB上的同一组走线，分别将SMA连接器的原始模型和优化的模型代入仿真软件进行仿真，对比两者的仿真结果，可以看到三个无源指标的仿真数值结果和趋势相近，以此可以验证优化模型的可靠性。
其中，回波损耗(Return Loss)的对比曲线如图4所示，如图5所示的插入损耗(Insertion Loss)的对比曲线图，如图6所示的时域反射阻抗(TDR)的对比曲线图。
通过以上仿真对比结果可以看到，使用本发明提出的优化的SMA连接器模型的仿真结果与使用实体三维模型的仿真结果数值与趋势相似，可以验证该仿真模型的可靠性。
示例性的，以下是关于优化的SMA连接器模型的仿真结果与使用实体三维模型的仿真结果数值与趋势相似的说明：在PCB制板时，板厂给出的阻抗偏差一般为±10％，这是业界普遍认可的误差范围，例如设计目标阻抗50Ohm，实际可接受的阻抗是45～55Ohm这个区间，因此参考该误差10％来评判。从两者仿真的数值看，相差在10％以内的则认为趋势相似。
在本实施例中，该仿真模型建模方便灵活，可根据不同的项目选型需求进行参数化更改，缩减了仿真时间同时保证了仿真结果的可靠性。
本发明提出的三维模型通过实例仿真验证，仿真结果对比真实的SMA连接器三维模型，两者结果相近，该三维模型在仿真软件中建模方便，可以根据不同的型号灵活参数化更改模型参数，可帮助工程师提高工作效率，以更快的速度获得较可靠的仿真结果。
本发明利用SMA连接器同轴传输线的传输原理，在只可获得连接器的尺寸结构时，根据具体连接器的型号参数进行建模，简化了复杂的三维建模步骤，但是并不会影响仿真结果的可靠性，同时还极大的提高了仿真效率。
在本实施例中，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各程序模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的程序模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的程序单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各程序模块可以集成在一个处理单元中，也可是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个处理单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件程序单元的形式实现。另外，各程序模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统，可以通过其他的方式实现。示例性的，以上所描述的实施例仅仅是示意性的，示例性的，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，示例性的，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性、机械或其他的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可能集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种SMA连接器模型信号完整性仿真方法，其特征在于，包括：
建立SMA连接器中多个目标组件的三维模型；所述目标组件包括SMA连接器的外导体、内导体、接地平面和填充介质；具体包括步骤：
分别依次对所述外导体、所述内导体、所述填充介质进行三维建模，所述填充介质位于所述内导体和所述外导体之间，所述内导体和所述外导体为同心圆柱；
将待仿真SMA连接器的多个目标组件的参数，分别输入至对应的所述目标组件的三维模型进行仿真，以得到所述待仿真SMA连接器的三维模型的信号完整性结果；
当建立多个目标组件的三维模型后，对多个目标组件的三维模型的进行验证，具体包括步骤：将参考SMA连接器的目标组件的参数分别输入至多个目标组件的三维模型，得到所述参考SMA连接器的三维仿真模型；
对所述参考SMA连接器的三维仿真模型进行仿真，以得到所述参考SMA连接器的三维仿真模型的仿真结果数值；
对所述参考SMA连接器的实体三维模型进行仿真，以得到参考SMA连接器的实体三维模型的仿真结果数值；
对比所述参考SMA连接器的实体三维模型的仿真结果数值与所述参考SMA连接器的三维仿真模型的仿真结果数值；所述仿真结果数值为同轴阻抗；
当所述参考SMA连接器的实体三维模型的同轴阻抗与所述参考SMA连接器的三维仿真模型的同轴阻抗的阻抗偏差处于预设阻抗偏差范围内时，所述多个目标组件的三维模型通过验证；
其中，所述建立SMA连接器中多个目标组件的三维模型的方法适用于PCB板的内层走线和所述PCB板的外层走线。
2.根据权利要求1所述的一种SMA连接器模型信号完整性仿真方法，其特征在于，所述分别依次对所述外导体、所述内导体、所述填充介质进行三维建模包括：
对所述外导体进行建模，所述外导体的直径设置为D；
对所述内导体进行建模，所述内导体的直径设置为d，
其中，所述SMA连接器的同轴阻抗为：
Z＝[138.2/(εr0.5)]*lg(D/d)；
其中，Z为所述SMA连接器的同轴阻抗，εr为所述填充介质的介电常数。
3.根据权利要求1所述的一种SMA连接器模型信号完整性仿真方法，其特征在于，在所述分别依次对所述外导体、所述内导体、所述填充介质进行三维建模之后，还包括：
在所述内导体和所述外导体的正下方对所述SMA连接器的接地平面进行建模；
在所述接地平面内挖孔一个圆形横截面；
其中，所述接地平面与所述同心圆柱同轴，所述圆形横截面与所述同心圆柱同轴，所述圆形横截面的直径大于所述内导体的直径。
4.一种SMA连接器模型信号完整性仿真装置，其特征在于，包括：
建立模块，用于建立SMA连接器中多个目标组件的三维模型；所述目标组件包括SMA连接器的外导体、内导体、接地平面和填充介质；具体包括步骤：分别依次对所述外导体、所述内导体、所述填充介质进行三维建模，所述填充介质位于所述内导体和所述外导体之间，所述内导体和所述外导体为同心圆柱；
输入模块，用于将待仿真SMA连接器的多个目标组件的参数，分别输入至对应的所述目标组件的三维模型进行仿真，以得到所述待仿真SMA连接器的三维模型的信号完整性结果；
验证模块，用于：当建立多个目标组件的三维模型后，对多个目标组件的三维模型的进行验证；
所述验证模块，还用于：
将参考SMA连接器的目标组件的参数分别输入至多个目标组件的三维模型，得到所述参考SMA连接器的三维仿真模型；
对所述参考SMA连接器的三维仿真模型进行仿真，以得到所述参考SMA连接器的三维仿真模型的仿真结果数值；
对所述参考SMA连接器的实体三维模型进行仿真，以得到参考SMA连接器的实体三维模型的仿真结果数值；
对比所述参考SMA连接器的实体三维模型的仿真结果数值与所述参考SMA连接器的三维仿真模型的仿真结果数值；所述仿真结果数值为同轴阻抗；
当所述参考SMA连接器的实体三维模型的同轴阻抗与所述参考SMA连接器的三维仿真模型的同轴阻抗的阻抗偏差处于预设阻抗偏差范围内时，所述多个目标组件的三维模型通过验证；
其中，所述建立SMA连接器中多个目标组件的三维模型的方法适用于PCB板的内层走线和所述PCB板的外层走线。
5.根据权利要求4所述的一种SMA连接器模型信号完整性仿真装置，其特征在于，所述建立模块，用于：
对所述外导体进行建模，所述外导体的直径设置为D；
对所述内导体进行建模，所述内导体的直径设置为d，
其中，所述SMA连接器的同轴阻抗为：
Z＝[138.2/(εr0.5)]*lg(D/d)；
其中，Z为所述SMA连接器的同轴阻抗，εr为所述填充介质的介电常数。
6.根据权利要求5所述的一种SMA连接器模型信号完整性仿真装置，其特征在于，所述建立模块，还用于：
在所述内导体和所述外导体的正下方对所述SMA连接器的接地平面进行建模；
在所述接地平面内挖孔一个圆形横截面；
其中，所述接地平面与所述同心圆柱同轴，所述圆形横截面与所述同心圆柱同轴，所述圆形横截面的直径大于所述内导体的直径。
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