使用HFSS仿真高速差分過(guò)孔-1

2017-04-17 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

注:以下仿真流程只是粗略的過(guò)程,如果有不明白的地方,可以咨詢或留言,如有錯(cuò)誤處,歡迎指出

高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中,信號(hào)完整性是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。為了使信號(hào)保持良好的傳輸特性,PCB板上的互聯(lián)線一般都采用均勻傳輸線,使互聯(lián)線保持特性阻抗一致性,減少信號(hào)反射。然而PCB板上的互聯(lián)線很多時(shí)候避免不了換層的問(wèn)題,這時(shí)候就必須使用過(guò)孔。過(guò)孔會(huì)導(dǎo)致阻抗不連續(xù),進(jìn)而造成反射,出現(xiàn)信號(hào)完整性問(wèn)題。

當(dāng)信號(hào)傳輸速率越高,信號(hào)前沿越短的時(shí)候,過(guò)孔引入的信號(hào)完整性問(wèn)題越嚴(yán)重,需要對(duì)過(guò)孔進(jìn)行優(yōu)化,然而傳統(tǒng)的2D仿真軟件無(wú)法對(duì)高速過(guò)孔進(jìn)行仿真,因此必須使用3D電磁仿真軟件進(jìn)行仿真,例如:HFSS。HFSS是一款3D電磁仿真軟件,使用有限元分析法,利用麥克斯韋方程求解電磁問(wèn)題,同樣可以仿真信號(hào)完整性問(wèn)題。

高速信號(hào)一般都采用差分線傳輸,因此這里以差分GSSG過(guò)孔(12層板)為例進(jìn)行仿真。

HFSS仿真主要包括以下步驟:

a) 工程項(xiàng)目建立和仿真前軟件設(shè)置

b) 3D模型的建立

c) 邊界條件和端口激勵(lì)設(shè)置

d) 仿真條件設(shè)置

e) 仿真結(jié)果后數(shù)據(jù)處理

一、工程項(xiàng)目建立和仿真前軟件設(shè)置

a) 新建一個(gè)工程項(xiàng)目,然后插入設(shè)計(jì)

b) 模型單位設(shè)置(Modeler-units-mil)

c) 首先設(shè)置求解類型(HFSS-Solution Type),有三種求解類型:Modal,Terminal,Transient;Modal使用端口的入射和反射能量計(jì)算S參數(shù),Terminal使用端口的電壓電流計(jì)算S參數(shù),Transient計(jì)算結(jié)構(gòu)諧振頻率;這里使用Terminal方式

d) 設(shè)置材料覆蓋(HFSS-Design Settings-Enable material overide),當(dāng)兩種不同材料的結(jié)構(gòu)相互重疊的時(shí)候,金屬結(jié)構(gòu)覆蓋其他材料

二、3D模型的建立

a) PCB板建立,使用Draw-BOX畫出PCB板,材料設(shè)置為FR4,命名PCB

b) 地層建立,使用Draw-BOX畫出地層,材料設(shè)置為copper,使用boolean-unite運(yùn)算將多個(gè)接地層組合成一個(gè)整體,命名GND

c) 構(gòu)建過(guò)孔(Draw-cylinder),過(guò)孔構(gòu)建比較復(fù)雜,分多步,先構(gòu)建過(guò)孔的鉆孔,再構(gòu)建過(guò)孔的焊盤,然后進(jìn)行unite運(yùn)算,過(guò)孔基本結(jié)構(gòu)就建立好了

d) 將地層GND和兩邊的兩個(gè)接地過(guò)孔u(yù)nite一起,構(gòu)成一個(gè)整體地

e) 傳輸線建立,使用Draw-line畫出傳輸線,與過(guò)孔u(yù)nite一起,將兩個(gè)信號(hào)過(guò)孔u(yù)nite一起

f) 空氣盒建立,draw-box,材料air,命名air_box

g) 反焊盤設(shè)置,可以畫出兩個(gè)以過(guò)孔中心為中心的圓柱以及一個(gè)以原點(diǎn)為中心的長(zhǎng)方體,在GND中減去這三部分

h)以上做的過(guò)孔是一個(gè)實(shí)心過(guò)孔,為了更加和實(shí)際過(guò)孔匹配,可以對(duì)過(guò)孔進(jìn)行中間挖空處理,畫出幾個(gè)圓柱,然后運(yùn)用減法運(yùn)算,從VIA減去中間部分,然后在畫出同樣的圓柱,材料設(shè)置成air,與air_box unite加在一起

三、邊界條件和端口激勵(lì)設(shè)置

a) 選中air_box,設(shè)置為radiation邊界

b) 端口激勵(lì)設(shè)置,選擇WAVE PORT端口激勵(lì),LUMPED PORT是集中餐口,無(wú)法仿真差分信號(hào),WAVE PORT是波端口,在該面輸入電場(chǎng)和磁場(chǎng),可以仿真差分信號(hào)。WAVE PORT設(shè)置之前需要畫出端口大小,使用Draw-rectangle,微帶線的波端口寬度大約是差分線總寬度的6倍,高度是差分線寬度的5到8倍,波端口下邊沿和參考面對(duì)齊;帶狀線上下邊沿與兩個(gè)參考面對(duì)齊,寬度是差分線寬度的6倍。將兩個(gè)平面分別設(shè)置為WAVE PORT,懸著參考平面GND

c) 設(shè)置差分線,選中項(xiàng)目管理里面的Exciations,選中具體的激勵(lì),點(diǎn)擊differentialpairs,add差分線

三、仿真條件設(shè)置

a) Analysis-add solution type 設(shè)置求解特性

b) 點(diǎn)擊Analysis-setup1-add frequencysweep 設(shè)置參數(shù)。

c) 點(diǎn)擊HFSS-validation check 查看設(shè)置是否正確

四、仿真結(jié)果后數(shù)據(jù)處理

點(diǎn)擊analysis-analyze all 開(kāi)始仿真,具體想要觀察的參數(shù)可以直接網(wǎng)上的設(shè)置,以下兩個(gè)參數(shù)為仿真出來(lái)的差分線的回?fù)p和插損,具體的參數(shù)分析接下來(lái)的博文會(huì)繼續(xù)討論