一 前言

 

針對已完成布線的PCB，設計者一方麵需要對已完成的關鍵網絡進行仿真驗證，查看實際布局布線是否滿足設計要求
；另一方麵需要對不滿足要求的結構進行優化，然後對改動後的PCB再次進行仿真驗證，確認改動對高速信號帶來的影響。芯禾科技Hermes SI可以快速實現後仿真中對關鍵網絡信號進行仿真驗證的工作
，ViaExpert可以便捷地實現對阻抗不連續處進行快速優化，比如過孔

、電容焊盤、金手指區域等,TmlExpert可以便捷地對傳輸線進行建模優化，比如帶狀線
、微帶線及波導結構等,SnpExpert可以便捷地查看S參數及TDR曲線。

 

二 設置堆疊及材料信息

 

依據板廠提供的疊構及材料信息在芯禾科技高速仿真工具中設置堆疊
，或者在Cadence Allegro裏將堆疊設置正確後，通過Hermes與ViaExpert導入Layout文件後，直接解析獲取堆疊信息。在芯禾科技高速仿真工具中
，已支持介質的單頻點與多頻點頻變模型。本文仿真使用的Djordjecvic-Sarkar模型
，根據板廠提供的@1GHz的Dk與Df信息設置仿真參數。Layout工程師已按照板廠建議的差分線100ohm阻抗要求的線寬與間距布線。下麵通過導入Layout文件進行仿真驗證當前設計是否滿足阻抗要求，若不滿足

，則需進一步優化。

 

圖1 設置堆疊與材料信息

 

三 仿真驗證關鍵網絡的阻抗

 

由於當前Layout設計中的關鍵網絡布局一致性較好
，可以取具有代表性的網絡進行仿真驗證。考慮到最壞情況下的結果，選擇了走線最長

、結構較複雜的網絡。由Hermes SI提取關鍵網絡的整個通道的S參數，掃頻到20GHz，然後通過SnpExpert查看此通道的TDR特性。

 

圖2是截取的差分對1的模型及TDR結果

，此模型是內層走線，兩端是金手指。從TDR曲線可以看出，m1=95.6Ohm與m2=96.6Ohm是對應左右兩端金手指處的阻抗，m3=96Ohm是對應內層走線的阻抗。由此可知
，此差分對中，金手指及內層走線阻抗在合理範圍，暫不優化。

 

圖2差分對1的模型及TDR結果

 

圖3是截取的差分對2的模型及TDR結果
，此模型是表層走線，兩端是金手指。由於表層走線較短
，且僅掃頻到20GHz，從TDR曲線僅可以看出，最低點是m1=92.9Ohm
，但無法嚴格區分出左右金手指與走線的阻抗。考慮到此處金手指模型跟差分對1處的是一致的

，其阻抗不會掉落那麼嚴重

，又通過ViaExpert單獨仿真金手指處的阻抗，如圖4所示，m1=96.9Ohm。因(yin)此(ci)造(zao)成(cheng)阻(zu)抗(kang)掉(diao)落(luo)的(de)原(yuan)因(yin)極(ji)大(da)的(de)可(ke)能(neng)是(shi)走(zou)線(xian)的(de)阻(zu)抗(kang)與(yu)金(jin)手(shou)指(zhi)處(chu)阻(zu)抗(kang)不(bu)匹(pi)配(pei)造(zao)成(cheng)的(de)反(fan)射(she)，所(suo)以(yi)需(xu)要(yao)對(dui)表(biao)層(ceng)走(zou)線(xian)阻(zu)抗(kang)做(zuo)進(jin)一(yi)步(bu)檢(jian)查(zha)與(yu)優(you)化(hua)。

 

圖3 差分對2的模型及TDR結果

 

圖4 金手指處FootPrint、3D模型及TDR結果

 

四 優化不連續結構的阻抗

 

4.1優化表層走線阻抗

 

檢查當前Layout文件發現，表層走線阻抗與板廠聲稱100Ohm阻抗偏差較大的原因是板廠計算阻抗時使用的是微帶線的結構，而當前Layout實際走線是GCPW（Grounded Coplanar Waveguide），所以需要根據當前表層實際走線重新建模優化。TmlExpert提供了GCPW的模板
，根據當前Layout的參數在不改變過孔布局的前提下，微調線寬、間距及信號對地間距進行優化，最終得到滿足阻抗要求的設置，如圖5所示。

 

圖5 GCPW模板、3D模型及結果對比

 

4.2優化電容處的阻抗

 

由於當前Layout布局已定，需采取微調的措施，所以嚐試通過挖空相鄰層或者是擴大挖空區域改變回流路徑方式進行優化。ViaExpert可以導入Layout文件
，截取模型後，在2D界麵添加Keepout方式快速挖空相鄰層或是改變挖空區域。

 

在ViaExpert中，對於電容模型，軟件支持在2D界麵添加集總的RLC參數。圖6是電容處FootPrint、3D模型及結果對比。TDR結(jie)果(guo)對(dui)比(bi)中(zhong)，紅(hong)色(se)是(shi)原(yuan)始(shi)挖(wa)空(kong)區(qu)域(yu)的(de)結(jie)果(guo)，綠(lv)色(se)是(shi)多(duo)挖(wa)空(kong)一(yi)層(ceng)相(xiang)鄰(lin)層(ceng)的(de)結(jie)果(guo)

，由(you)此(ci)可(ke)看(kan)出(chu)
，通(tong)過(guo)多(duo)挖(wa)空(kong)一(yi)層(ceng)相(xiang)鄰(lin)層(ceng)就(jiu)可(ke)以(yi)改(gai)善(shan)阻(zu)抗(kang)
，使(shi)其(qi)達(da)到(dao)目(mu)標(biao)阻(zu)抗(kang)100Ohm的要求。

 

圖6 電容處FootPrint、3D模型及TDR結果對比

 

五 總結

 

本文使用芯禾科技高速仿真工具完成了後仿真中對PCB無源鏈路的S參數提取及阻抗驗證
，並對鏈路中阻抗不連續的處的走線及電容進行了優化。後續需對改動後的PCB做進一步的驗證
，確認改動對阻抗帶來的影響。

 

本文轉載自芯禾科技。

 

 

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