使用芯禾Expert系列軟件實(shí)現高速鏈路仿真

　　一、背景

　　高速串行通道(Serdes)是目前絕大多數通信系統中用到的數據傳輸通道，為滿(mǎn)足人們對圖片、視頻傳輸所帶來(lái)的日益增長(cháng)的帶寬需求，通信設備中高速串行通道上的信號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速率一路提升到當前業(yè)界廣泛應用的25Gb/s速率，而且未來(lái)還會(huì )向著(zhù)56G、112G等更高速率持續演進(jìn)，圖1所示即為以太網(wǎng)聯(lián)盟定義的以太網(wǎng)速率升級路線(xiàn)圖。

　　圖1 未來(lái)五年以太網(wǎng)速率升級路線(xiàn)圖

　　對于幾十Gbps速率的高速串行鏈路，單純依靠以往的設計經(jīng)驗，已經(jīng)無(wú)法確保高速鏈路設計的正確性。因此，需要采用各種高頻電磁場(chǎng)仿真的EDA工具軟件，在設計前和設計完成后對高速串行鏈路進(jìn)行前仿真和后仿真分析，充分驗證高速串行鏈路的各種電氣性能是否滿(mǎn)足設計要求，從而確保一次性地設計成功，滿(mǎn)足產(chǎn)品上市的時(shí)間需求。

　　當前業(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仿真軟件均為國外大廠(chǎng)開(kāi)發(fā)，且經(jīng)過(guò)了多年的業(yè)界應用，軟件的功能、易用性、仿真精度等各方面都經(jīng)過(guò)了充分驗證。但正如前文所述，人們對以太網(wǎng)帶寬持續提升的迫切需求使得路由器、交換機、服務(wù)器等數據通信設備中的高速串行鏈路速率飛速提升，如何實(shí)現對更高信號速率鏈路的準確建模分析，成為了當前EDA仿真軟件領(lǐng)域各個(gè)廠(chǎng)家均需面對的課題。另外，隨著(zhù)信號速率的提升，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(xiàn)淚滴等，在當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)是完全在國內研發(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國際大廠(chǎng)軟件優(yōu)點(diǎn)的基礎上，為信號完整性設計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?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/芯禾">芯禾的Expert系列軟件，可以讓SI仿真人員從繁瑣的通道建模和數據分析中解放出來(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計效率。

　　下面將詳細講解使用芯禾Expert系列軟件實(shí)現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 傳統背板系統鏈路示意圖

　　圖2所示為傳統背板系統鏈路，信號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。以此信號拓撲為例，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(chǎng)家處獲得高速連接器的S參數模型;

　　2、建立各塊單板上信號孔和走線(xiàn)的模型;

　　3、搭建整體鏈路拓撲，仿真鏈路的插損、回損、阻抗等曲線(xiàn);

　　4、查看仿真結果，并將仿真結果與國際標準進(jìn)行對比，判斷鏈路的電氣性能是否滿(mǎn)足規范要求。

　　由于連接器廠(chǎng)家通常會(huì )提供其高速連接器的S參數模型給用戶(hù)，因而，對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(hù)只需要跟隨向導界面，設置好疊層和相關(guān)參數，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(hù)通過(guò)GUI界面向導，在很短的時(shí)間內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