使用芯禾Expert系列軟件實(shí)現(xiàn)高速鏈路仿真
一、背景
高速串行通道(Serdes)是目前絕大多數(shù)通信系統(tǒng)中用到的數(shù)據(jù)傳輸通道，為滿足人們對(duì)圖片、視頻傳輸所帶來(lái)的日益增長(zhǎng)的帶寬需求，通信設(shè)備中高速串行通道上的信號(hào)速率以每五年翻一倍的速度進(jìn)行提升。從最初的單鏈路10Mb/s速率一路提升到當(dāng)前業(yè)界廣泛應(yīng)用的25Gb/s速率，而且未來(lái)還會(huì)向著56G、112G等更高速率持續(xù)演進(jìn)，圖1所示即為以太網(wǎng)聯(lián)盟定義的以太網(wǎng)速率升級(jí)路線圖。
圖1 未來(lái)五年以太網(wǎng)速率升級(jí)路線圖
對(duì)于幾十Gbps速率的高速串行鏈路，單純依靠以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)無(wú)法確保高速鏈路設(shè)計(jì)的正確性。因此，需要采用各種高頻電磁場(chǎng)仿真的EDA工具軟件，在設(shè)計(jì)前和設(shè)計(jì)完成后對(duì)高速串行鏈路進(jìn)行前仿真和后仿真分析，充分驗(yàn)證高速串行鏈路的各種電氣性能是否滿足設(shè)計(jì)要求，從而確保一次性地設(shè)計(jì)成功，滿足產(chǎn)品上市的時(shí)間需求。
當(dāng)前業(yè)界已經(jīng)有多款高頻電磁場(chǎng)仿真工具，如ANSYS Electronics系列仿真工具(包括HFSS、SIWave、SystemSI、Nexxim等)、KeySight ADS/EMPro等、Cadence Sigrity仿真套件、Synopsys HSpice等。這些EDA仿真軟件均為國(guó)外大廠開(kāi)發(fā)，且經(jīng)過(guò)了多年的業(yè)界應(yīng)用，軟件的功能、易用性、仿真精度等各方面都經(jīng)過(guò)了充分驗(yàn)證。但正如前文所述，人們對(duì)以太網(wǎng)帶寬持續(xù)提升的迫切需求使得路由器、交換機(jī)、服務(wù)器等數(shù)據(jù)通信設(shè)備中的高速串行鏈路速率飛速提升，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)更高信號(hào)速率鏈路的準(zhǔn)確建模分析，成為了當(dāng)前EDA仿真軟件領(lǐng)域各個(gè)廠家均需面對(duì)的課題。另外，隨著信號(hào)速率的提升，高速鏈路中以往可以忽略的一些影響因素，如綠油影響、BGA焊球、走線淚滴等，在當(dāng)前的仿真模型中均需考慮進(jìn)去。
芯禾的Expert系列軟件(Via Expert、Snp Expert、Channel Expert)是完全在國(guó)內(nèi)研發(fā)的一套高頻電磁場(chǎng)仿真分析軟件，在吸取了上述各個(gè)EDA國(guó)際大廠軟件優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，為信號(hào)完整性設(shè)計(jì)者提供了一整套更加便捷的高速Serdes鏈路建模、仿真、分析方法?；谛竞痰腅xpert系列軟件，可以讓SI仿真人員從繁瑣的通道建模和數(shù)據(jù)分析中解放出來(lái)，將精力更加集中在通道鏈路的性能分析和優(yōu)化上，從而大幅提升仿真設(shè)計(jì)效率。
下面將詳細(xì)講解使用芯禾Expert系列軟件實(shí)現(xiàn)高速鏈路的前仿真和后仿真方法。
二、高速鏈路的前仿真
圖2 傳統(tǒng)背板系統(tǒng)鏈路示意圖
圖2所示為傳統(tǒng)背板系統(tǒng)鏈路，信號(hào)從一塊子卡上的芯片發(fā)出，經(jīng)過(guò)背板后被另一塊子卡上的芯片接收。以此信號(hào)拓?fù)錇槔?，高速Serdes鏈路的前仿真過(guò)程包括了以下幾個(gè)步驟：
1、 從連接器廠家處獲得高速連接器的S參數(shù)模型;
2、 建立各塊單板上信號(hào)孔和走線的模型;
3、 搭建整體鏈路拓?fù)洌抡骀溌返牟鍝p、回?fù)p、阻抗等曲線;
4、 查看仿真結(jié)果，并將仿真結(jié)果與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，判斷鏈路的電氣性能是否滿足規(guī)范要求。
由于連接器廠家通常會(huì)提供其高速連接器的S參數(shù)模型給用戶，因而，對(duì)高速通道仿真人員來(lái)說(shuō)，仿真的實(shí)際工作是從上述第二步開(kāi)始的。
如圖3所示，在Via Expert軟件中有各種建模的Template。使用這些Template，用戶只需要跟隨向?qū)Ы缑妫O(shè)置好疊層和相關(guān)參數(shù)，就可以由軟件自動(dòng)建出所需的三維模型。相比于HFSS、EMPro、Sigrity等軟件，Via Expert針對(duì)PCB鏈路建模所做的這些Template大大簡(jiǎn)化了仿真人員的建模工作量，使得用戶通過(guò)GUI界面向?qū)В诤芏痰臅r(shí)間內(nèi)就可以建出所需的模型。
圖3 使用Via Expert自帶的各種Template建出PCB上各種孔的模型
Ø 用Via Expert對(duì)BGA處差分過(guò)孔建模
在圖3界面中選擇Model With BGA模板，就會(huì)彈出圖4所示的BGA Via建模向?qū)?。在圖4界面中，用戶可以選擇軟件自帶的疊層，或者導(dǎo)入實(shí)際單板上的疊層。然后，通過(guò)設(shè)置Padstack處的數(shù)據(jù)值，定義BGA處的過(guò)孔和焊盤的具體尺寸。接著，設(shè)置BGA Pitch的大小、過(guò)孔的數(shù)量。最后，設(shè)置BGA處Fanout短線的長(zhǎng)度、方向。如果用戶覺(jué)得有必要，還可以給BGA Pad加上焊球的模型，從而更真實(shí)地模擬BGA處的物理特性。
圖4 BGA Via建模向?qū)tep 1
圖5 BGA Via建模向?qū)tep 2
圖6 通過(guò)Template建出的BGA Via模型
完成參數(shù)設(shè)置之后，點(diǎn)擊圖4中的Next按鈕，進(jìn)入圖5所示的BGA Via建模向?qū)Ы缑?。由于在圖4界面中設(shè)置所有過(guò)孔均為地孔，因此需要在圖5界面中選中部分地孔，通過(guò)鼠標(biāo)右鍵菜單將其屬性更改為信號(hào)孔。完成這一設(shè)置后，再點(diǎn)擊Next按鈕，對(duì)BGA Via模型進(jìn)行必要的切割。之后點(diǎn)擊Finish按鈕，軟件就會(huì)自動(dòng)建出圖6所示的BGA Via過(guò)孔模型。
在Via Expert軟件生成的新工程文件的Footprint界面中，對(duì)BGA Pad賦上Coax Port，對(duì)引出的差分線賦上Lumped Port或Wave Port，再設(shè)置好仿真的頻段，整個(gè)建模過(guò)程就結(jié)束了。在檢查無(wú)誤后，就可以在Via Expert中進(jìn)行仿真，獲得模型的S參數(shù)。
Ø 用Via Expert對(duì)AC耦合電容建模
10Gbps及以下速率的高速Serdes鏈路上通常都會(huì)帶有AC耦合電容，起到隔離直流電平的作用。在大部分EDA仿真工具中，AC耦合電容部分都需要由仿真人員手動(dòng)建模。這不僅耗時(shí)耗力，而且對(duì)于初學(xué)者而言，很難一次性建出正確的模型。類似于BGA Via建模，Via Expert軟件也提供了AC Cap建模Template。在圖3界面中選擇Model With AC Cap模板，就會(huì)彈出圖7所示的AC Cap建模向?qū)А榱吮阌诮o模型添加仿真端口，在圖7所示的AC Cap模型中包括了電容焊盤上的引出走線，以及引出走線對(duì)應(yīng)的Fanout過(guò)孔。
圖7 AC Cap建模向?qū)?/p>
在AC Cap建模向?qū)Ы缑嬷刑峁┝舜罅靠梢栽O(shè)置的參數(shù)。在圖7中的Stackup/Padstack一欄中，用戶可以設(shè)置AC Cap Fanout過(guò)孔的孔徑、焊盤等尺寸。在AC Capacitor一欄中，用戶可以設(shè)置AC Cap所在的位置是單板的Top面還是Bottom面，同時(shí)設(shè)置AC Cap焊盤的尺寸、焊盤對(duì)應(yīng)的參考層、焊盤在參考層上的掏空大小等參數(shù)。在Signal/Ground一欄中，用戶可以設(shè)置Fanout過(guò)孔之間的間距、Fanout過(guò)孔的類型等參數(shù)。在Trace/port一欄中，用戶可以設(shè)置AC Cap兩端差分線的線寬、間距、所在的走線層等參數(shù)。
可以說(shuō)Via Expert提供的AC Cap建模向?qū)Ы缑嬷袔缀跄依薃C Cap建模所有必需的參數(shù)。如果用戶不清楚某些參數(shù)的含義，可以點(diǎn)擊Help按鈕。此時(shí)會(huì)彈出參數(shù)說(shuō)明的示意圖，幫助用戶了解各個(gè)參數(shù)的意義。對(duì)于仿真人員而言，只需要根據(jù)自己的需要，在圖7界面中設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，然后點(diǎn)擊OK按鈕，就可以非常輕松地獲得自己想要的AC Cap三維模型。
由Via Expert AC Cap建模向?qū)Ыǔ龅囊环NAC Cap模型如圖8所示。軟件建出的模型會(huì)自動(dòng)設(shè)置好各種端口，用戶只需要在Via Expert軟件主界面中設(shè)置好仿真頻段，就可以正常進(jìn)行仿真，獲得模型的S參數(shù)。
圖8 通過(guò)Template建出的AC Cap模型
Ø 用Via Expert對(duì)連接器Footprint孔建模
除了BGA Via和AC Cap之外，要仿真高速串行鏈路，還需要建模高速連接器在PCB上的Footprint信號(hào)通孔，Via Expert同樣提供了對(duì)應(yīng)的建模Template。在圖3界面中選擇Model With Footprint模板，就會(huì)彈出圖8所示的BGA Via建模向?qū)А?/p>
Via Expert中自帶了很多業(yè)界當(dāng)前正在使用的高速連接器Footprint模型，如果沒(méi)有所需要的，可以在現(xiàn)有連接器Footprint模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，然后另存為連接器Footprint模型庫(kù)文件。在圖8中選擇所需的連接器名，點(diǎn)擊Next按鈕，就會(huì)彈出該連接器的Footprint模型，如圖9所示。
根據(jù)仿真需要的信號(hào)孔數(shù)量對(duì)圖9中的連接器Footprint管腳進(jìn)行選擇，然后點(diǎn)擊Finish按鈕，軟件就會(huì)自動(dòng)生成圖10所示的連接器Footprint Hole三維模型。同樣的，在Via Expert軟件主界面上設(shè)置信號(hào)孔的端口和引出走線，再設(shè)置好仿真頻段，在Via Expert中仿真后就可以得到該模型的S參數(shù)。
圖8 Footprint Hole建模向?qū)tep 1
圖9 Footprint Hole建模向?qū)tep 2
圖10 通過(guò)Template建出的Footprint Hole模型
當(dāng)信號(hào)速率較高時(shí)，對(duì)于各種孔的模型都會(huì)有背鉆的要求。Via Expert軟件對(duì)于信號(hào)孔的背鉆提供了非常方便的設(shè)置功能。
在Via Expert軟件主界面上點(diǎn)擊Project目錄樹(shù)中的Stackup項(xiàng)，就會(huì)彈出圖11所示的當(dāng)前模型疊層設(shè)置界面。根據(jù)每層介質(zhì)厚度和銅厚，在Elevation一欄中從下往上依次計(jì)算出了每一層在Z軸方向上的坐標(biāo)值。在圖12所示的Drill頁(yè)面中，用戶可以通過(guò)By Layer或By Depth來(lái)設(shè)置背鉆的深度。如果通過(guò)By Layer來(lái)設(shè)置背鉆深度，可以在所指定的層位置通過(guò)Shift值來(lái)進(jìn)行背鉆深度的上下偏移;如果通過(guò)By Depth來(lái)設(shè)置背鉆深度，則圖11界面中Elevation一欄中的值就可以幫助設(shè)計(jì)者快速確定背鉆深度，不需要由設(shè)計(jì)者再手動(dòng)計(jì)算。
每一種背鉆類型的設(shè)定，在圖12界面右側(cè)都會(huì)有相應(yīng)的圖示。背鉆深度的修改，可以及時(shí)反映到示意圖中，從而方便了設(shè)計(jì)者的檢查。除了可以做Bottom面到Top面的背鉆外，
圖11 Stackup界面中對(duì)疊層的顯示
圖12 Stackup界面中對(duì)各種背鉆的設(shè)置
用戶還可以設(shè)置Top面到Bottom面的背鉆，以及對(duì)一個(gè)孔同時(shí)設(shè)置Bottom面到Top面和Top面到Bottom面的背鉆。
對(duì)于背鉆后的孔，用戶可以設(shè)置其內(nèi)部的填充材質(zhì)是空氣或其它介質(zhì)，從而對(duì)應(yīng)實(shí)際PCB加工中背鉆孔是否做樹(shù)脂塞孔的工藝處理形式。
在圖12界面中完成上述種種設(shè)置后，將對(duì)應(yīng)的設(shè)置項(xiàng)賦給需要做背鉆的信號(hào)孔，就完成了信號(hào)孔背鉆的整個(gè)設(shè)置過(guò)程。
從上面的背鉆設(shè)置細(xì)節(jié)中可以看到，Via Expert軟件在背鉆參數(shù)設(shè)置方面充分考慮到了用戶使用的便捷性、實(shí)際生產(chǎn)加工的制成等因素，可以讓用戶快速、高效、準(zhǔn)確地完成背鉆設(shè)置，保證了仿真模型與加工實(shí)物的一致性。這一特色不僅體現(xiàn)在Via Expert軟件背鉆參數(shù)設(shè)置上，也貫徹在芯禾Expert整套軟件中。
Ø 用Channel Expert搭建傳統(tǒng)背板鏈路拓?fù)?/strong>
對(duì)高速Serdes鏈路各個(gè)部分完成三維建模和仿真后，就可以在Channel Expert軟件中將通道各個(gè)部分的模型搭建起來(lái)，從而仿真整條鏈路的電氣性能。
與Via Expert一樣，在Channel Expert中針對(duì)不同的通道鏈路類型，也開(kāi)發(fā)了對(duì)應(yīng)的通道建模Template。如圖13所示，在Add Channel by Template菜單下有四種類型的通道鏈路建模Template。對(duì)于單板內(nèi)部芯片與芯片之間互連的高速鏈路，可以選用Chip to Chip Template;對(duì)于傳統(tǒng)背板鏈路，可以選用Traditional Backplane Template;對(duì)于正交直連的背板鏈路，可以選用Orthogonal Direct Backplane Template;對(duì)于帶中置背板的正交背板鏈路，可以選用Orthogonal Mid-Plane Backplane Template。
針對(duì)本文中的傳統(tǒng)背板鏈路，選擇Traditional Backplane Template后，就會(huì)彈出圖14所示的傳統(tǒng)背板鏈路拓?fù)浯罱ㄏ驅(qū)Ы缑?。根?jù)圖14界面例圖中的數(shù)字標(biāo)號(hào)，用戶在界面下半部分從左往右依次設(shè)置單板上的過(guò)孔模型、走線模型、連接器通孔模型、連接器模型等。
對(duì)于鏈路不同部位的過(guò)孔模型、連接器通孔模型、連接器模型，通過(guò)圖14界面下半部分各個(gè)Via欄中的Add命令，將前面幾個(gè)步驟中仿真得到的S參數(shù)文件依次導(dǎo)入。在導(dǎo)入S參數(shù)文件的時(shí)候，用戶還可以根據(jù)導(dǎo)入界面上的設(shè)置項(xiàng)對(duì)S參數(shù)端口順序進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于鏈路不同部位的傳輸線模型，在圖14界面下半部分各個(gè)Trace欄中可以設(shè)置該傳輸線對(duì)應(yīng)的疊層、線寬、間距、長(zhǎng)度等參數(shù)。傳輸線模型可以是一對(duì)差分線，也可以是多對(duì)差分線。用戶不僅可以設(shè)置傳輸線所在介質(zhì)的介電常數(shù)和損耗角，還可以設(shè)置銅箔的粗糙度。
圖13 Channel Expert中通道建模Template
圖14 傳統(tǒng)背板鏈路拓?fù)浯罱ㄏ驅(qū)?/p>
完成各種參數(shù)設(shè)置之后，點(diǎn)擊圖14界面上的OK按鈕，就會(huì)在Channel Expert主界面該工程項(xiàng)目下自動(dòng)建出圖15所示的傳統(tǒng)背板系統(tǒng)一對(duì)差分鏈路的仿真拓?fù)?，或者類似于圖16所示的多對(duì)差分鏈路的仿真拓?fù)洹Ｔ趫D14界面中設(shè)置的各種孔的S參數(shù)文件、傳輸線的仿真參數(shù)都會(huì)自動(dòng)帶到圖15和圖16鏈路各個(gè)部分中去。用戶只需要設(shè)置一下仿真的頻段，點(diǎn)擊仿真按鈕后，就可以得到整個(gè)鏈路的頻域仿真結(jié)果。仿真結(jié)束之后，Channel Expert會(huì)自動(dòng)地調(diào)用Snp Expert，將仿真得到的S參數(shù)文件自動(dòng)導(dǎo)入Snp Expert中，讓用戶進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析和后處理工作。
圖15 一對(duì)差分傳統(tǒng)背板鏈路仿真拓?fù)?/p>
圖16 四對(duì)差分傳統(tǒng)背板鏈路仿真拓?fù)?/p>
差分鏈路拓?fù)浯罱üδ茉诟黝怑DA仿真軟件中都有，其中最為典型的就是圖17所示的ADS的手動(dòng)搭建方式。ADS中也有S參數(shù)、傳輸線等多個(gè)模塊，這些模塊之間需要用戶根據(jù)端口順序手動(dòng)連線。這一過(guò)程較為繁瑣，一旦出現(xiàn)端口順序弄錯(cuò)，往往要從頭檢查整個(gè)拓?fù)溥B線。
圖17 ADS中搭建的差分鏈路仿真拓?fù)?/p>
Channel Expert通過(guò)模板的方式輔助設(shè)計(jì)者進(jìn)行鏈路拓?fù)涞拇罱?，?duì)導(dǎo)入的S參數(shù)還能夠進(jìn)行端口順序的調(diào)整，從而使得整個(gè)拓?fù)涓鱾€(gè)部分之間的連接關(guān)系清晰、順暢。在設(shè)置好參數(shù)后，整個(gè)拓?fù)渥詣?dòng)生成，不再需要設(shè)計(jì)者在各個(gè)部分之間手動(dòng)連線，簡(jiǎn)化了拓?fù)浯罱ǖ姆爆嵅僮?，?shí)實(shí)在在地提高了仿真效率。
如果Channel Expert自帶的Template無(wú)法與特定鏈路的拓?fù)渫耆恢?，仿真人員可以先選用最接近的Template，在軟件自動(dòng)生成拓?fù)浜?，再在已生成拓?fù)浠A(chǔ)上進(jìn)行手動(dòng)編輯，增加或刪除不必要的鏈路部分?？梢哉f(shuō)，Channel Expert的鏈路拓?fù)浯罱ǚ绞郊从凶詣?dòng)化的，也支持手動(dòng)編輯，具有相當(dāng)高的靈活性。
Ø 在Snp Expert中查看仿真結(jié)果
Snp Expert是目前業(yè)界最好的S參數(shù)后處理軟件，是仿真人員對(duì)仿真結(jié)果分析的一大利器。Snp Expert支持S參數(shù)文件的批量導(dǎo)入、混合模的插損/回?fù)p/串?dāng)_/ICR/ICN等曲線的快速繪制、S參數(shù)的級(jí)聯(lián)和分解、S參數(shù)去嵌、仿真結(jié)果規(guī)范一致性分析、基于PRBS碼型的眼圖繪制等功能。
在Snp Expert中新建一個(gè)工程，將仿真得到的通道S參數(shù)文件導(dǎo)入，導(dǎo)入界面如圖18所示。Snp Expert會(huì)根據(jù)S參數(shù)文件內(nèi)部的信息自動(dòng)進(jìn)行端口分類，如果用戶發(fā)現(xiàn)軟件端口分類有誤，還可以通過(guò)Pin Direction一欄下的選項(xiàng)進(jìn)行調(diào)整。
圖18 Snp Expert中S參數(shù)導(dǎo)入界面
點(diǎn)擊圖18中的OK按鈕，就完成了S參數(shù)文件的導(dǎo)入，軟件會(huì)進(jìn)入圖19所示的界面。在這里，用戶首先可以通過(guò)Auto Diff按鈕自動(dòng)地給差分端口設(shè)置上差分屬性。然后，在Category處將S參數(shù)類型選擇為S Parameter Diff。接著，選擇Grid頁(yè)面，通過(guò)該頁(yè)面下方的多個(gè)按鈕自動(dòng)選中所有的Diff IL、Diff RL等數(shù)據(jù)源。最后，點(diǎn)擊New Plot按鈕，就可以繪制出所需要的曲線。
Snp Expert的這一系列曲線繪制過(guò)程完全在GUI界面中通過(guò)鼠標(biāo)操作來(lái)實(shí)現(xiàn)，相比而言，在ADS中要繪制出這些曲線，用戶需要手動(dòng)編寫一定量的公式，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。Snp Expert的這一功能相當(dāng)好用，在ADS2016版本新增的S參數(shù)分析模塊中，也借鑒了Grid頁(yè)面的形式。從這一點(diǎn)上也可以看到業(yè)界EDA大廠對(duì)Snp Expert這一功能的肯定。
圖19 Snp Expert中S參數(shù)設(shè)置和繪制界面
在Snp Expert中繪制出各類曲線后，可以參照?qǐng)D20所示的方法調(diào)出Compliance Configuration界面，在仿真曲線上添加各類國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的Spec紅線。圖20中在仿真得到的插損曲線上添加了100GBASE-KR4損耗標(biāo)準(zhǔn)紅線，設(shè)計(jì)者就很容易看到當(dāng)前的設(shè)計(jì)是否會(huì)超出規(guī)范的要求。
圖20 為仿真曲線添加標(biāo)準(zhǔn)紅線
圖21 通道串?dāng)_計(jì)算步驟1
除了添加標(biāo)準(zhǔn)紅線之外，根據(jù)導(dǎo)入的S參數(shù)文件還可以進(jìn)行近端串?dāng)_、遠(yuǎn)端串?dāng)_、ICR等數(shù)據(jù)的計(jì)算。在Channel菜單下選中Xtalk命令，會(huì)彈出圖21所示的通道串?dāng)_計(jì)算界面。對(duì)于導(dǎo)入的S參數(shù)中包含的所有通路，軟件自動(dòng)給出這些通路對(duì)應(yīng)的所有串?dāng)_源。用戶只需要跟隨向?qū)c(diǎn)擊Next按鈕，在圖22界面中選擇需要計(jì)算的項(xiàng)目，然后點(diǎn)擊Plot按鈕，就可以立即得到各類串?dāng)_曲線。
圖22 通道串?dāng)_計(jì)算步驟2
Snp Expert中還包括了USB Type-C各類參數(shù)計(jì)算、IEEE802.3BJ中COM指標(biāo)計(jì)算等多種功能，限于篇幅，在本文中不再一一介紹。這些計(jì)算功能的原理可能較為復(fù)雜，但Snp Expert已經(jīng)集成了這些功能，用戶只需要根據(jù)軟件界面上的提示進(jìn)行鼠標(biāo)操作，即可很方便地得到相關(guān)的數(shù)據(jù)和曲線。
三、高速鏈路的后仿真
在完成PCB設(shè)計(jì)之后，通常還需要對(duì)高速鏈路進(jìn)行后仿真分析，確保實(shí)際設(shè)計(jì)結(jié)果與前仿真的預(yù)期一致。對(duì)于后仿真過(guò)程，重點(diǎn)在于對(duì)PCB上的實(shí)際布線拓?fù)溥M(jìn)行提取和仿真。整體鏈路的仿真和仿真數(shù)據(jù)的后處理過(guò)程則與前仿真階段完全一致。
由于實(shí)際PCB結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含的數(shù)據(jù)量較多。因此，如何快速、準(zhǔn)確地從實(shí)際PCB上提取仿真人員需要的走線拓?fù)洌瑯O為考驗(yàn)EDA工具的能力。Via Expert除了能夠根據(jù)Template建模之外，還為用戶提供了直接從PCB上提取走線拓?fù)涞墓δ堋?/p>
在圖3界面中選擇Model With Layout命令，就會(huì)彈出圖23所示的PCB文件導(dǎo)入界面。用戶選擇需導(dǎo)入的PCB文件后，Via Expert會(huì)解析文件，將PCB中所有的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)列在圖23的左側(cè)，將能夠識(shí)別到的電源網(wǎng)絡(luò)列在圖23的右側(cè)。用戶從左側(cè)篩選出需要分析的網(wǎng)絡(luò)，將其移到右側(cè)列表中，然后點(diǎn)擊OK按鈕。Via Expert經(jīng)過(guò)進(jìn)一步解析之后，會(huì)彈出圖24所示的Cut View界面。在Cut View界面上，用戶可以根據(jù)實(shí)際走線形狀進(jìn)行切割，將所需
圖23 Via Expert中PCB導(dǎo)入界面
圖24 Cut View界面中截取網(wǎng)絡(luò)實(shí)際走線
要的走線、信號(hào)孔保留下來(lái)，去除不必要的成分，得到圖25所示的實(shí)際走線拓?fù)涞娜S模型。在提取的實(shí)際走線拓?fù)鋬啥说男盘?hào)孔或Pad上加上端口，設(shè)置好仿真頻段，就可以在Via Expert中進(jìn)行仿真，最終得到實(shí)際走線拓?fù)涞腟參數(shù)。
經(jīng)過(guò)多個(gè)版本的迭代之后，當(dāng)前的Via Expert軟件不僅可以從PCB上提取各種復(fù)雜的走線、孔和反焊盤結(jié)構(gòu)，而且對(duì)大規(guī)模單板的解析效率也較高。通過(guò)Via Expert的這一功能，用戶可以分別將單板、背板上的走線拓?fù)涮崛〕鰜?lái)，仿真得到各自的S參數(shù)，然后在Channel Expert中仿真整個(gè)通道的性能。
圖25 從PCB上提取的實(shí)際走線拓?fù)?/p>
四、總結(jié)
芯禾的Expert系列軟件各自均具有強(qiáng)大的功能，互相配合使用，能夠?qū)崿F(xiàn)高速鏈路的各類仿真。Via Expert可以方便地建出PCB上的各類模型，或者直接從PCB上提取需要的模型，經(jīng)過(guò)仿真后得到模型的S參數(shù)。Channel Expert可以對(duì)各類通道拓?fù)溥M(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)的搭建，即具有靈活性，也能夠提高通道搭建的效率。Snp Expert則是目前業(yè)界最好的S參數(shù)處理軟件，不僅能夠根據(jù)導(dǎo)入的S參數(shù)快速生成各類曲線，還集成了大量國(guó)際規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，便于仿真人員判斷仿真結(jié)果的可用性。
最為難得的是芯禾是一家研發(fā)完全在國(guó)內(nèi)的EDA公司，相比于EDA領(lǐng)域的國(guó)際大廠，芯禾能夠更迅速地響應(yīng)國(guó)內(nèi)各類廠家在高速信號(hào)仿真領(lǐng)域的需求。從2013年首次使用芯禾的軟件到現(xiàn)在，筆者切切實(shí)實(shí)地感受到了芯禾Expert系列軟件的巨大進(jìn)步。這種進(jìn)步反過(guò)來(lái)又幫助了高速信號(hào)的仿真人員，不僅提高了仿真效率，更使得仿真人員能夠?qū)⒕性谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化方面，而不是為各種建模而傷透腦筋。
隨著以太網(wǎng)設(shè)備端口容量從100GbE向著400GbE、甚至1TbE演進(jìn)，人們對(duì)高效、好用的EDA仿真工具提出了更多的需求。期待芯禾開(kāi)發(fā)的EDA軟件功能更加強(qiáng)大，在高速設(shè)計(jì)領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。
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