使用HFSS仿真高速差分過孔-1

2017-04-17 by:CAE仿真在線來源:互聯網

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

高速數字電路設計中,信號完整性是一個非常重要的問題。為了使信號保持良好的傳輸特性,PCB板上的互聯線一般都采用均勻傳輸線,使互聯線保持特性阻抗一致性,減少信號反射。然而PCB板上的互聯線很多時候避免不了換層的問題,這時候就必須使用過孔。過孔會導致阻抗不連續(xù),進而造成反射,出現信號完整性問題。

當信號傳輸速率越高,信號前沿越短的時候,過孔引入的信號完整性問題越嚴重,需要對過孔進行優(yōu)化,然而傳統的2D仿真軟件無法對高速過孔進行仿真,因此必須使用3D電磁仿真軟件進行仿真,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題,同樣可以仿真信號完整性問題。

高速信號一般都采用差分線傳輸,因此這里以差分GSSG過孔(12層板)為例進行仿真。

HFSS仿真主要包括以下步驟:

a) 工程項目建立和仿真前軟件設置

b) 3D模型的建立

c) 邊界條件和端口激勵設置

d) 仿真條件設置

e) 仿真結果后數據處理

一、工程項目建立和仿真前軟件設置

a) 新建一個工程項目,然后插入設計

b) 模型單位設置(Modeler-units-mil)

c) 首先設置求解類型(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算S參數,Terminal使用端口的電壓電流計算S參數,Transient計算結構諧振頻率;這里使用Terminal方式

d) 設置材料覆蓋(HFSS-Design Settings-Enable material overide),當兩種不同材料的結構相互重疊的時候,金屬結構覆蓋其他材料

二、3D模型的建立

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

b) 地層建立,使用Draw-BOX畫出地層,材料設置為copper,使用boolean-unite運算將多個接地層組合成一個整體,命名GND

c) 構建過孔(Draw-cylinder),過孔構建比較復雜,分多步,先構建過孔的鉆孔,再構建過孔的焊盤,然后進行unite運算,過孔基本結構就建立好了

d) 將地層GND和兩邊的兩個接地過孔unite一起,構成一個整體地

e) 傳輸線建立,使用Draw-line畫出傳輸線,與過孔unite一起,將兩個信號過孔unite一起

f) 空氣盒建立,draw-box,材料air,命名air_box

g) 反焊盤設置,可以畫出兩個以過孔中心為中心的圓柱以及一個以原點為中心的長方體,在GND中減去這三部分

h)以上做的過孔是一個實心過孔,為了更加和實際過孔匹配,可以對過孔進行中間挖空處理,畫出幾個圓柱,然后運用減法運算,從VIA減去中間部分,然后在畫出同樣的圓柱,材料設置成air,與air_box unite加在一起

三、邊界條件和端口激勵設置

a) 選中air_box,設置為radiation邊界

b) 端口激勵設置,選擇WAVE PORT端口激勵,LUMPED PORT是集中餐口,無法仿真差分信號,WAVE PORT是波端口,在該面輸入電場和磁場,可以仿真差分信號。WAVE PORT設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齊;帶狀線上下邊沿與兩個參考面對齊,寬度是差分線寬度的6倍。將兩個平面分別設置為WAVE PORT,懸著參考平面GND