信号总线电磁场建模分析流程说明

前言

目前的电子系统中，总线设计越来越普遍，特别是DDRx并行总线设计，其具有频率高、位数多等特点。随着频率的提高，信号的边沿越来越陡，电源电压越来越低，相反地，PCB板空间却不断压缩，这就导致了总线设计的信号质量和时序裕量越来越小。因此，对高速并行总线互连设计中能够影响信号质量的因素进行仿真分析，尽可能提高系统的噪声容限与时序裕量，对于提升系统的性能及可靠性，缩短研发周期，节约设计成本，具有非常重要的意义。

本文介绍了采用芯和半导体Hermes PSI软件进行信号总线的电磁场建模和仿真分析流程。在常规仿真分析中，如果采用三维全波分析，仿真时间会很长。Hermes PSI提供了一种针对信号总线的快速准确的建模分析方案。

信号总线电磁场建模分析流程

1. 设计文件导入

首先将PCB设计文件导入到Hermes PSI软件中，选择需要分析的总线以及参考平面(通常为GND);

图1. 选择所需导入的Net

点击OK后，软件会对设计形成2D视图;

图2. 设计的2D视图

2. Stackup和Materials设置

双击结构树中的Stackup进入Stackup编辑界面，在该界面下用户可以根据PCB的叠层结构进行参数设置，包括每层的厚度、材料、介电常数、损耗角正切值等。

图3. Stackup 编辑窗口

3. Padstack设置

接下来双击结构树中的Padstack进入“Padstack Editor”界面，根据仿真需要设置Padstack的尺寸等参数。

图4. Padstack Editor 界面

4.选择分析流程

点击Analysis setup，右键，新建一个仿真流程，此案例选择SI Model Extractor：

图5. 仿真流程选择

选择SI Model Extractor，点击OK后，会自动生成一个SI Model Extractor Workflow：

图6. SI Model Extractor Workflow 界面

5.选择需要仿真的Nets

在SI Model Extractor Workflow中点击Nets，进入到Select Nets界面中，选择需要仿真的Nets后，点击OK。

图7. Select Nets界面

6.端口自动生成

软件对选择的Nets会自动生成对应的端口，不需要人工逐个对信号进行复杂的端口设置。

图8. 端口自动生成

7.求解器设置

在SI Model Extractor Workflow中点击Solver，进入到求解器的设置界面。在此界面中，设计师可对仿真的仿真频率、求解器类型、Mesh Size的大小、扫描选项、Via Model以及Trace Model等进行详细的设置。

图9. 求解器设置界面

8.高性能计算配置

在SI Model Extractor Workflow中点击XHPC，进入到高性能计算的界面。在此界面中，设计师可根据仿真需求以及仿真资源的实际情况对高性能计算进行详细的配置。

图10. XHPC配置界面

9.仿真结果查看

仿真完成以后，软件会自动打开芯和的SnpExpert软件生成相应S参数结果，在SnpExpert中可对仿真结果进行查看和后处理分析。

图11. S参数分析窗口

总结

本文介绍了采用芯和半导体Hermes PSI软件进行信号总线的电磁场建模和仿真分析流程，步骤包括：设计文件导入、Stackup和Materials设置、Padstack设置、选择分析流程、选择需要仿真的Nets、端口自动生成、求解器设置、高性能计算配置以及仿真结果查看。自动化的向导式操作流程，大大提高了工程师进行信号总线建模和仿真的效率，加快了产品的设计和迭代。

审核编辑：汤梓红