使用芯禾Expert系列軟件實現(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，為滿足人們對圖片、視頻傳輸所帶來的日益增長的帶寬需求，通信設(shè)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，而且未來還會向著56G、112G等更高速率持續(xù)演進，圖1所示即為以太網(wǎng)聯(lián)盟定義的以太網(wǎng)速率升級路線圖。

　　圖1 未來五年以太網(wǎng)速率升級路線圖

　　對于幾十Gbps速率的高速串行鏈路，單純依靠以往的設(shè)計經(jīng)驗，已經(jīng)無法確保高速鏈路設(shè)計的正確性。因此，需要采用各種高頻電磁場仿真的EDA工具軟件，在設(shè)計前和設(shè)計完成后對高速串行鏈路進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足設(shè)計要求，從而確保一次性地設(shè)計成功，滿足產(chǎn)品上市的時間需求。

　　當(dāng)前業(yè)界已經(jīng)有多款高頻電磁場仿真工具，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開發(fā)，且經(jīng)過了多年的業(yè)界應(yīng)用，軟件的功能、易用性、仿真精度等各方面都經(jīng)過了充分驗證。但正如前文所述，人們對以太網(wǎng)帶寬持續(xù)提升的迫切需求使得路由器、交換機、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，如何實現(xiàn)對更高信號速率鏈路的準(zhǔn)確建模分析，成為了當(dāng)前EDA仿真軟件領(lǐng)域各個廠家均需面對的課題。另外，隨著信號速率的提升，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、走線淚滴等，在當(dāng)前的仿真模型中均需考慮進去。

　　芯禾的Expert系列軟件(Via Expert、Snp Expert、Channel Expert)是完全在國內(nèi)研發(fā)的一套高頻電磁場仿真分析軟件，在吸取了上述各個EDA國際大廠軟件優(yōu)點的基礎(chǔ)上，為信號完整性設(shè)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。基于芯禾的Expert系列軟件，可以讓SI仿真人員從繁瑣的通道建模和數(shù)據(jù)分析中解放出來，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)計效率。

　　下面將詳細講解使用芯禾Expert系列軟件實現(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，信號從一塊子卡上的芯片發(fā)出，經(jīng)過背板后被另一塊子卡上的芯片接收。以此信號拓?fù)錇槔?，高速Serdes鏈路的前仿真過程包括了以下幾個步驟：

　　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孔和走線的模型;

　　3、搭建整體鏈路拓?fù)?，仿真鏈路的插損、回?fù)p、阻抗等曲線;

　　4、查看仿真結(jié)果，并將仿真結(jié)果與國際標(biāo)準(zhǔn)進行對比，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提供其高速連接器的S參數(shù)模型給用戶，因而，對高速通道仿真人員來說，仿真的實際工作是從上述第二步開始的。

　　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?，設(shè)置好疊層和相關(guān)參數(shù)，就可以由軟件自動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大大簡化了仿真人員的建模工作量，使得用戶通過GUI界面向?qū)В诤芏痰臅r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