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[導讀] 相對于結構問題的直觀性而言，連接器的高頻特性具有一定的“隱性”，從結構上直觀的判斷高頻性能是比較困難的，透過有效的仿真分析，可以比較明確的判斷高頻性能，從而為高頻連接器的設計提供了良好的參考依據。

輸線的特征阻抗取決于其結構及材料的選擇。圖1是一個HDMI線纜的街頭部分，其典型結構如圖2所示，主要包括線材和連接器部分。

　　
圖1：HDMI線纜（局部）

　　圖1：HDMI線纜（局部） 圖2：HDMI線纜頭部結構

　　為了能夠保證線纜的特征阻抗，首先要保證線材的特征阻抗能夠盡量接近目標特征阻抗。圖3是HDMI Type A/C線纜所用線材的截面圖，確定了材料之后，可以使用2D場求解器確定其特征阻抗，經適當的調整結構參數就可以確定線材個部分的設計尺寸。

　　圖3：Type A/C線材模型

　　連接器是線纜能夠實現可分離連接的關鍵結構。由于連接器的結構比較復雜，在阻抗控制方面遠不及線材容易實現，所以一般的業界規格里面，對連接器區段的阻抗匹配的規格略有放松。即便是如此，對于高速互聯的連接器，在控制阻抗方面仍然面臨很大的挑戰。圖4是一款HDMI線纜的特征阻抗測試的結果，該結果表明該連接器區域內存在較大的特這阻抗偏差（超出規格），而且存在特征阻抗較大區域的時間過長等一些列的問題。

　　圖4：某型HDMI連接器特征阻抗測試結果

　　透過三維高頻結構分析，能夠有效預測連接器區段內的散射矩陣，獲得結構的高頻特性評估的依據。和結構的力學評估類似，高頻結構分析，也大致需要以下幾個步驟：首先建立結構的三維，接著指定各個零件的高頻材料特性，其次必須設定適當的邊界條件及背景分析，最后就可以加入求解設定并進行結構的高頻分析，圖5給出了高頻結構分析的模型局部效果。

　　圖5：HDMI cable to board連接器高頻結構分析模型

　　通過結構高頻分析，可以得到結構的散射矩陣或者RLGC矩陣，然后就可以使用SPICE軟件進行時域及頻域的分析（圖：6），通過特定的運算與轉換就可以得到包括特征阻抗（圖7）在內的各種高頻特性的仿真結果。

　　　圖6 HDMI cable to board連接器SPICE模型

　 圖7 HDMI連接器特征阻抗仿真結果

　HDMI線纜的高頻特性改善

　　在HDMI產品的改善過程中，同樣可以透過仿真來協助問題的快速解決。與在設計過程中必須要建立完整的實體模型不同，在改善產品的高頻特性的過程中，只需要針對實際測量過程中出現問題的區域進行局部建模分析（圖8）及調整優化（圖9），使用最少的資源，在最短的時間內找到最有效的解決方案。

　　
　圖8 HDMI連接器簡化模型

　 圖9 不良及改善方案的仿真結果比較

　　前述的HDMI產品透過上述的仿真給出的方案改善了特征阻抗超出規格的問題。

　　結語

　　相對于結構問題的直觀性而言，連接器的高頻特性具有一定的“隱性”，從結構上直觀的判斷高頻性能是比較困難的，透過有效的仿真分析，可以比較明確的判斷高頻性能，從而為高頻連接器的設計提供了良好的參考依據。

　　高頻特性是一項系統工程，產品的材料選用，端子、塑料件、外部五金件的設計，都對連接器的高頻特性有著直接和間接的影響。對產品的設計參數往往是牽一發而動全身，因此，采用傳統的失誤法或定性的經驗調整法，勢必造成設計改進過程中成本的巨大浪費，透過高頻仿真分析，可以最大限度的加快解題的收斂速度，大量的節省改善的成本。

　　設計和仿真的結果必然要付諸于實際生產，設計方案必然影響到制造的成本。

　　圖10 完善設計方案