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(lián)網(wǎng)

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(shù)字電路設(shè)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(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,減少信號反射。然而PCB板上的互聯(lián)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(dǎo)致阻抗不連續(xù),進(jìn)而造成反射,出現(xiàn)信號完整性問題。

當(dāng)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(yán)重,需要對過孔進(jìn)行優(yōu)化,然而傳統(tǒng)的2D仿真軟件無法對高速過孔進(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(jìn)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(shè)置

b) 3D模型的建立

c) 邊界條件和端口激勵設(shè)置

d) 仿真條件設(shè)置

e) 仿真結(jié)果后數(shù)據(jù)處理

一、工程項目建立和仿真前軟件設(shè)置

a) 新建一個工程項目,然后插入設(shè)計

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算S參數(shù),Terminal使用端口的電壓電流計算S參數(shù),Transient計算結(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運算將多個接地層組合成一個整體,命名GND

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

d) 將地層GND和兩邊的兩個接地過孔unite一起,構(gòu)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(shè)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(jìn)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(shè)置成air,與air_box unite加在一起

三、邊界條件和端口激勵設(shè)置

a) 選中air_box,設(shè)置為radiation邊界

b) 端口激勵設(shè)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(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(shè)置為WAVE PORT,懸著參考平面GND