手動(dòng)設置HFSS的網(wǎng)格劃分規則以提升高速傳輸線(xiàn)仿真精度

　　概述：

　　在傳統的高速鏈路SI仿真中，使用3D電磁場(chǎng)仿真工具仿真傳輸線(xiàn)往往會(huì )產(chǎn)生規模大、效率低、精度差等問(wèn)題，因此除了過(guò)孔、連接器等關(guān)鍵不連續結構外，剩余的 長(cháng)傳輸線(xiàn)部分通常會(huì )使用2D的仿真器代替，該仿真結果在10GHz以下一般可以滿(mǎn)足精度要求。但隨著(zhù)鏈路的傳輸速率越來(lái)越高，特別是當鏈路速率達到 14Gbps甚至25Gbps時(shí)，傳輸線(xiàn)的截面結構、彎曲方式等對鏈路阻抗的影響變得不可忽略，需要對傳輸線(xiàn)結構進(jìn)行3D電磁場(chǎng)仿真來(lái)提取足夠精準的無(wú)源 仿真模型。

　　HFSS默認的自適應網(wǎng)格劃分對大而均勻或是小而精細的結構均有較好的效果，但長(cháng)直傳輸線(xiàn)同時(shí)具備了規模大，尺寸精細的特點(diǎn)，在網(wǎng)格劃分時(shí)不容易做到精度和效率的兼顧，需要手動(dòng)設置網(wǎng)格劃分規則。

　　下面，對HFSS使用不同的網(wǎng)格劃分規則時(shí)的應用進(jìn)行分析。

　　1.無(wú)限制自適應網(wǎng)格劃分

　　使 用HFSS建立1inch長(cháng)的帶狀線(xiàn)仿真模型，如圖1，仿真端口均為WavePort;Mesh算法為T(mén)AU/Tolerant，對網(wǎng)格尺寸無(wú)限制;仿真 解析頻率為15GHz，最大Delta S為0.02，最小Converged Passes為2;仿真求解器為2階直接求解器，仿真頻率為0.1~20GHz，線(xiàn)性步長(cháng)為10MHz;其他設置參數為HFSS默認。為了讓傳輸線(xiàn)的損耗 仿真結果更加精確，在仿真中設置了銅表面粗糙度，模型為Huray模型[4]，Nodule Radius為0.05um，Hall-Huray Surface Ratio為2。(該設置為下文中所有仿真的默認設置)

　　圖1 傳輸線(xiàn)結構的HFSS仿真模型

　　仿真與測試的S21插入損耗與相位的對比結果如圖2，紅色曲線(xiàn)為仿真結果，藍色區曲線(xiàn)為測試結果，其中損耗結果的偏差較大，約為10%。

　　圖2 1inch傳輸線(xiàn)損耗與相位的仿真與測試結果

　　TDR 的仿真與測試結果對比如圖3，紅色曲線(xiàn)為仿真結果，藍色曲線(xiàn)為測試結果，綠色虛線(xiàn)為設計參考值。由于PCB生產(chǎn)工藝只能保證阻抗偏差小于±10%，因此以 設計參考值作為阻抗仿真的評定標準。由圖可得，使用無(wú)控制自適應Mesh算法得到的阻抗結果偏差約為1~2Ohm。

　　圖3 TDR阻抗特性的仿真與測試結果

　　自適應算法在相位仿真上結果較為準確，但在損耗與阻抗的仿真中，無(wú)限制的自適應算法的偏差較大，需要進(jìn)一步控制網(wǎng)格劃分方式，提高仿真精度。