CST時域TDR仿真實例

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），時域反射計。測試中，通過測量輸入電壓與反射電壓比，從而計算不連續的阻抗。

傳統TDR測試的實用性有所限制，如有限的上升時間，大的階躍電壓會損壞有源器件等，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S參數轉換得到TDR，無論是效率還是精度上（考慮完整的阻抗段）都有非常明顯的優勢。下面我們開始介紹如何用CST軟件來做TDR仿真。

在線TDR仿真

首先先創建仿真模型，如下圖所示：

微帶線板的厚度1mm，材料為介電常數為4的FR4，其他尺寸見上圖。

為了后文需要做交叉探測，設置一個時間power flow監視器如下圖：

這里我們設置的頻率范圍是0到20GHz，在CST中，要進行TDR計算非常方便，我們在special里勾選上如下選項，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（TDR cross probing）用，如果不做Cross probing可以不勾。我們點擊START啟動仿真，如下圖所示：

這里的端口是2個離散端口，我們做TDR在線探測的時候只要激勵其中一個就可以隨著仿真脈沖的波的傳播，實時的得到TDR的結果，在1D Result下會多一個文件夾，如下圖所示：

在CST仿真中本來就是實時的通過求解激勵信號，回波信號，和傳輸信號來了解電磁波在模型鐘的傳播情況，在脈沖激勵的仿真中，在線TDR也正是同樣對O1,1的結果進行了積分處理。

如上圖可以看到，在脈沖激勵下，得到o1,1的同時就能得到在線TDR?；谶@種原理，我們用時域仿真TDR只需要仿真所關心的一段時間信號即可，而不需要像頻域仿真那樣仿完完整的S參數。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的地方。

TDR交叉探測（cross-probing）

TDR交叉探測需要設置一個時間power flow監視器。上圖中，我們發現阻抗最小的位置發生在0.365ns的時刻，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點在物理模型的位置。

階躍信號仿真

在CST中，用高斯脈沖信號做激勵，TDR就是計算的高斯脈沖的積分，就是測試常用的階躍信號，如下圖所示：

同樣，我們對回波信號做積分就是我們要的TDR信號。

由上圖可知，我們在TDR儀器中設置的階躍信號上升沿時間可以換算成和頻率相關的公式。例如當T10%-90%raise=43.8ps的時候，fmax等于20GHz。即你仿真0-20GHz，就是仿真的測試時候講階躍信號80%上升時間設置為43.8ps。反之也可以通過儀器設置的時間反推需要仿真的頻率。當然CST里一樣可以不用高斯脈沖，而直接用階躍信號進行仿真，如下圖：

同樣在用階躍信號仿真時，我們只需要仿真一段時間就可以了，例如本例中只需要仿真約0.7ns。

通過后處理，對延遲進行平移后，其實兩種方法得到的TDR結果是完全一致的。

同樣對于60%脈沖上升時間，也可以得到如下公式：

綜上所述，用CST時域仿真TDR有三大優點：

1. 在線TDR仿真，實時得到TDR結果。

2. 可以用和實測一樣設置的階躍信號模型，當然用高斯脈沖原理也是一樣的。

3. 獨有的TDR Cross Probing，探測阻抗不連續點的具體發生的位置。

CST時域仿真最高效的幫助用戶了解被測物體的阻抗不連續情況以及發生的位置。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現象，如果阻抗變化復雜，和測試一樣，后面的一些多次反射的結果通常是沒有太多的實際意義的。