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速率一路提升到當前業(yè)界廣泛應用的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所示即為以太網聯(lián)盟定義的以太網速率升級路線圖。

圖1 未來五年以太網速率升級路線圖

對于幾十Gbps速率的高速串行鏈路，單純依靠以往的設計經驗，已經無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計要求，從而確保一次性地設計成功，滿足產品上市的時間需求。

當前業(yè)界已經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)，且經過了多年的業(yè)界應用，軟件的功能、易用性、仿真精度等各方面都經過了充分驗證。但正如前文所述，人們對以太網帶寬持續(xù)提升的迫切需求使得路由器、交換機、服務器等數(shù)據(jù)通信設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確建模分析，成為了當前EDA仿真軟件領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?；谛竞痰腅xpert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，經過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、搭建整體鏈路拓撲，仿真鏈路的插損、回損、阻抗等曲線；

4、查看仿真結果，并將仿真結果與國際標準進行對比，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，用戶只需要跟隨向導界面，設置好疊層和相關參數(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界面向導，在很短的時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