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Xpeedic ViaExpert和SnpExpert的运用和比照剖析

随着现在高速背板信号的速度越来越快,多层PCB的过孔所引发的信号完整性问题原来越严重,越来越多的信号完整性工程师需要借助EDA工具来帮助评估以及过孔模型的设计。

跟着现在高速背板信号的速度越来越快,多层PCB的过孔所引发的信号完好性问题本来越严峻,越来越多的信号完好性工程师需求凭借EDA东西来协助评价以及过孔模型的规划。S参数是在高速信号传输范畴中,描绘无源器材传输特性的重要方法。 本文就芯禾科技Xpeedic的两款软件ViaExpert,以及SnpExpert和职业的一些规范软件进行比照剖析,说明晰这两款软件在信号完好性仿真范畴的一些优势。

(1)ViaExpert

在高速信号PCB板中,信号为完结在不同的走线层之间的传输,不可避免的需求以过孔的方法进行过渡,正是由于过孔模型的引进,破坏了传输线的接连性,导致了信号在这里发生的反射和失真,引发了严峻的信号完好性问题。因而,信号完好性工程师越来越多的运用EDA软件来协助评价PCB过孔。

现在市场上干流的一些仿真东西都能够进行PCB的前仿真和后仿真,可是依据不同的叠层以及加工工艺进行不同的过孔模型的建模,成为了信号完好性工程师的难题。例如,现在比较干流的有Ansoft HFSS的ViaWizard软件,如图(1)所示。ViaWizard供给了很好的半主动建模过孔的方法,且能够和HFSS无缝对接,可是缺陷便是,过孔的模型比较单一,不能满意信号完好性模型多样化的需求。

(a) (b)

图(1):HFSS ViaWizard

ViaExpert供给了许多经典的建模模板,经过这些自带的模板,能够很便利的将过孔模型建立起来,如图(2)所示,ViaExpert供给了差分过孔,表贴器材,AC耦合%&&&&&%,BGA球,过孔阵列模板,咱们挑选其间的“Model With SMD”作为比如。SMD(Surface Mounted Devices,外表贴装器材)

图(2)

如图(3)(a)所示,运用ViaExpert自带的SMD模型,其间包括SMD的Package参数,能够很便利的界说过孔所连接走线的地点层,线宽,线长,信号孔焊盘,地孔的个数,过孔的Pad,Antipad巨细,一起还能够调整鼓励源在Pin上的方位,模仿表贴器材的焊接方位。ViaExpert一起也支撑导出一切的模型及核算求解设置到CST和HFSS中,为做比照,一起将模型导入到AnsoftHFSS中,如图(3)(b)所示。值得一提的是,由于ViaExpert关于CST和HFSS的无缝对接,在模型导入后,直接就能够进行核算。

(a) (b)

图(3)

ViaExpert选用Hybrid求解器选用混合算法,关于特定的模型,关于不同的区域选用不同的电磁算法,优化了算法的功率,一起智能地判别信号的传输途径和回来途径,在这些区域要点剖分网格,优化了网格的剖分。

(a) (b)

图(4)

最终咱们来看下运用ViaExpert和HFSS的仿真后的成果比照,如图(4)所示,(a)为S参数成果,赤色和绿色曲线分别为ViaExpert的S11和S21,蓝色和紫色曲线为HFSS的核算成果;(b)为SMD的整个通路TDR成果。由此可见,ViaExpert和HFSS的成果是十分挨近的。又正如前面所说,ViaExpert在选用了混合算法和优化途径网格,尽管没有选用HFSS的FEM有限元算法的自适应网格,可是核算精度却一点点没有下降,一起,在这种结构的求解速度上,ViaExpert的优势却十分的显着,在HFSS运用HPC分布式核算的基础上,ViaExpert差不多有3倍速度的提高。

综上所述,ViaExpert是一款能够快速精确简略进行多种过孔模型的建模和仿真的东西,在这些特别的模型上,ViaExpert具有十分大的优势。

(2)SnpExpert

S参数是对互连器材或许体系的微波特色的完美描绘,S参数矩阵的每个参量事实上都是正弦信号从互连体系的某一端口的输出和另一端口输入的比较。在传输线结构中,S参数在方法上就界说了哪个端口是信号的输入,哪个端口是输出,因而S参数能够描绘传输线到传输线的传输,反射,串扰等直接的丈量成果。在差分对中也是能够直接丈量的。

在信号完好性剖析中,时域波形的传输特性至关重要,尽管S参数是根据正弦波行为而得到的,可是关于一切线性时不变的互连体系,经过了解正弦波的行为就能够了解其它波形的行为。例如,互连体系对时域波形的每种频率呼应都能够经过S参数来描绘,S参数的模值反响了体系能量在不同端口之间的份额,相位信息携带着传输时刻等信息,经过数学上的傅里叶改变,就将S参数所表征的频率呼应,转化成对应的时域呼应。

综上,S参数是一种能体现互连体系呼应行为的比较好的方法,因而,关于S参数的剖析,处理,转化在信号完好性剖析中至关重要。

图(5)

现在市场上针对S参数处理和剖析比较高效的东西有Xpeedic的SnpExpert,如图(5)所示,特色明显,功用丰厚:

Ø支撑多个规范Touchstone格局的S参数并行导入,而且支撑大端口数据的导入;

Ø支撑频域S参数和时域TDR的快速显现,以及SmithChart和Polar绘图;

Ø支撑相似PLTS的网格显现形式,一键式界说差分对和设置串扰的攻击线受害线;

Ø内置S参数无缘性,因果性,互易性和稳定性目标的查看;

Ø内置延时和颤动核算模块;

Ø包括调整端口次序,S参数拆分和S参数兼并等专业S参数处理功用内置陈述模板,一键式制作各种曲线,主动生成相应的文档;

Ø除芯片上pad的寄生效应,直通去嵌用于移除丈量东西的影响,然后得到被测器材的S参数

Ø内置二维全波求解器用于提取多种传输线结构的RLCG参数和S参数;

以其间一两个功用为例,S参数的显现和TDR的成果,关于评价一个体系十分重要,前者能够知道体系的损耗,后者能够直观的观测到体系通道的接连性状况。以一实践高速体系为例,通道从BGA区域出线,经过一个长达10inch的差分带状线,中心经过一次换层,抵达连接器区域,用安捷伦矢量网络剖析仪测得了S参数。如图(6)所示,(a)为其在SnpExpert翻开下的经过差分转化后的S参数;(b)为经过SnpExpert转化后的时域TDR反射成果。由此能够十分直观的剖析整个体系的频域和时域特性。

(a) (b)

图(6)

图(7)是相同的用安捷伦PLTS软件处理的S参数,成果简直共同,由此可见,SnpExpert跟同类软件比较,相同的高效精确。

(a) (b)

图(7)

在高速互连体系规划中,信号完好性工程师需求规划PCB的阻抗接连,以及评价体系通道在PCB上的损耗,SnpExpert的二维全波求解,能够协助工程师快速的得到成果。以一微带线为例,微带线由于传输线置于空气中,信号一部分坐落介质基板中,一部分坐落空气,电磁场的传输进程愈加的杂乱。

如图(8)所示,首先以职业的规范软件SI9000,规划一对实在高速体系PCB表层差分出线,参数输入后,得出其差分阻抗为97.24ohm。翻开SnpExpert的二维求解器,输入相同的参数,如图(9)所示。

图(8)

图(9)

如图(10)(a)所示,赤色曲线为SnpExpert核算的频带从DC-20GHz下的微带线的阻抗,在5GHz下,阻抗为98ohm。紫色为HFSS核算的阻抗,为97ohm。三款软件,都有相同的核算精度。图(b)为此设定此微带线为1inch下,SnpExpert和HFSS核算下的S参数,成果简直共同,而回波损耗大约5dB的差错,源自于SnpExpert在核算的时,以核算的阻抗为参阅,而HFSS以规范100ohm为参阅阻抗。

(a) (b)

图(10)

综上,SnpExpert功用强大,既能如PLTS那样处理S参数,又能像SI9000相同规划二维传输线的阻抗,一起还能如HFSS相同核算传输线的损耗,集这些软件的优势为一体,是信号完好性工程师好的使用东西。

总结,本文首要针对Xpeedic的两款信号完好性范畴的剖析软件ViaExpert和SnpExpert进行简略的介绍试用,并经过其与职业其它规范软件,HFSS ViaWizard,HFSS,Agilent PLTS,SI9000等软件进行比照,说明晰Xpeedic的ViaExpert和SnpExpert这两款软件的功用强大,核算精确快速,一起智能化程度高,操作简略便利,证明是信号完好性工程师稀少难得的使用东西。

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