手把手教你使用HFSS仿真高速差分過孔—上

? ? ? ? 注：以下仿真流程只是粗略的過程，如果有不明白的地方，可以評論留言，我會(huì)經(jīng)常瀏覽回復(fù)的，如有錯(cuò)誤處，歡迎指出

??高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，信號完整性是一個(gè)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(shí)候避免不了換層的問題，這時(shí)候就必須使用過孔。過孔會(huì)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(shí)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(xiàng)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(lì)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(xiàng)目建立和仿真前軟件設(shè)置

a)????????新建一個(gè)工程項(xiàng)目，然后插入設(shè)計(jì)

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(jì)算S參數(shù)，Terminal使用端口的電壓電流計(jì)算S參數(shù)，Transient計(jì)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(shí)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(yùn)算將多個(gè)接地層組合成一個(gè)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(yùn)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(gè)接地過孔u(yù)nite一起，構(gòu)成一個(gè)整體地

e)????????傳輸線建立，使用Draw-line畫出傳輸線，與過孔u(yù)nite一起，將兩個(gè)信號過孔u(yù)nite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(gè)以過孔中心為中心的圓柱以及一個(gè)以原點(diǎn)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(gè)實(shí)心過孔，為了更加和實(shí)際過孔匹配，可以對過孔進(jìn)行中間挖空處理，畫出幾個(gè)圓柱，然后運(yùn)用減法運(yùn)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(lì)設(shè)置

a)????????選中air_box，設(shè)置為radiation邊界

b)????????端口激勵(lì)設(shè)置，選擇WAVE PORT端口激勵(lì)，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(gè)參考面對齊，寬度是差分線寬度的6倍。將兩個(gè)平面分別設(shè)置為WAVE PORT，懸著參考平面GND

c)????????設(shè)置差分線，選中項(xiàng)目管理里面的Exciations，選中具體的激勵(lì)，點(diǎn)擊differentialpairs，add差分線

三、仿真條件設(shè)置

a)????????Analysis-add solution type 設(shè)置求解特性

b) ? ? ? ?點(diǎn)擊Analysis-setup1-add frequencysweep 設(shè)置參數(shù)。

c)????????點(diǎn)擊HFSS-validation check 查看設(shè)置是否正確

四、仿真結(jié)果后數(shù)據(jù)處理

點(diǎn)擊analysis-analyze all 開始仿真，具體想要觀察的參數(shù)可以直接網(wǎng)上的設(shè)置，以下兩個(gè)參數(shù)為仿真出來的差分線的回?fù)p和插損，具體的參數(shù)分析接下來的博文會(huì)繼續(xù)討論