手動(dòng)設(shè)置HFSS的網(wǎng)格劃分規(guī)則以提升高速傳輸線仿真精度

　　概述：

　　在傳統(tǒng)的高速鏈路SI仿真中，使用3D電磁場(chǎng)仿真工具仿真?zhèn)鬏斁€往往會(huì)產(chǎn)生規(guī)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(xù)結(jié)構(gòu)外，剩余的 長(zhǎng)傳輸線部分通常會(huì)使用2D的仿真器代替，該仿真結(jié)果在10GHz以下一般可以滿足精度要求。但隨著鏈路的傳輸速率越來(lái)越高，特別是當(dāng)鏈路速率達(dá)到 14Gbps甚至25Gbps時(shí)，傳輸線的截面結(jié)構(gòu)、彎曲方式等對(duì)鏈路阻抗的影響變得不可忽略，需要對(duì)傳輸線結(jié)構(gòu)進(jìn)行3D電磁場(chǎng)仿真來(lái)提取足夠精準(zhǔn)的無(wú)源 仿真模型。

　　HFSS默認(rèn)的自適應(yīng)網(wǎng)格劃分對(duì)大而均勻或是小而精細(xì)的結(jié)構(gòu)均有較好的效果，但長(zhǎng)直傳輸線同時(shí)具備了規(guī)模大，尺寸精細(xì)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(shè)置網(wǎng)格劃分規(guī)則。

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

　　1.無(wú)限制自適應(yīng)網(wǎng)格劃分

　　使 用HFSS建立1inch長(zhǎng)的帶狀線仿真模型，如圖1，仿真端口均為WavePort;Mesh算法為TAU/Tolerant，對(duì)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，線性步長(zhǎng)為10MHz;其他設(shè)置參數(shù)為HFSS默認(rèn)。為了讓傳輸線的損耗 仿真結(jié)果更加精確，在仿真中設(shè)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(shè)置為下文中所有仿真的默認(rèn)設(shè)置)

　　圖1 傳輸線結(jié)構(gòu)的HFSS仿真模型

　　仿真與測(cè)試的S21插入損耗與相位的對(duì)比結(jié)果如圖2，紅色曲線為仿真結(jié)果，藍(lán)色區(qū)曲線為測(cè)試結(jié)果，其中損耗結(jié)果的偏差較大，約為10%。

　　圖2 1inch傳輸線損耗與相位的仿真與測(cè)試結(jié)果

　　TDR 的仿真與測(cè)試結(jié)果對(duì)比如圖3，紅色曲線為仿真結(jié)果，藍(lán)色曲線為測(cè)試結(jié)果，綠色虛線為設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)參考值作為阻抗仿真的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。由圖可得，使用無(wú)控制自適應(yīng)Mesh算法得到的阻抗結(jié)果偏差約為1~2Ohm。

　　圖3 TDR阻抗特性的仿真與測(cè)試結(jié)果

　　自適應(yīng)算法在相位仿真上結(jié)果較為準(zhǔn)確，但在損耗與阻抗的仿真中，無(wú)限制的自適應(yīng)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。