关于高速信号的仿真问题

frankie.wang · 发表于 2016-2-3 16:00

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问题

用Hyperlynx 7.0只能简单的信号完整性和交叉干扰仿真和一些基本的EMC分析，但频率不高，感觉没啥实际含义。可否指点一下在SI,PI方面，介绍些工具，经验等，如SATA，SAS,PCIE2.0/3.0 那些高速信号是否先仿真下？

鼎阳硬件智库专家回答

对于电路设计中的SI、PI及EMC问题来说，可以分为以下几类：

1、并行总线的SI问题，主要包含单个信号的反射、多个信号的串扰、以及SSN问题；

2、时钟信号的反射、串扰问题（跨参考平面在反射以及EMI方面会有体现）；

3、高速serdes信号的衰减、反射、串扰以及信号调理；

4、电源直流压降问题；

5、电源噪声及谐振问题；

6、EMC

在电路设计中使用hyperlynx做仿真已经可以解决很大部分的问题了，对于第1、2类问题基本上都可以搞定。这也是电路设计中最多的问题。

第3类问题主要是针对无源通道的仿真和测试校准比较重要，这方面可能需要使用到的工具主要是HFSS和VNA，同时掌握比较好的无源通道建模知识。对于有源器件，厂家很少能够提供良好的模型供仿真使用，目前来说比较好的方法是测试。测试项目可以包含但不限于：电源拉偏影响、不同幅度和频率的电源噪声

影响、不同的时钟抖动影响、输出抖动、信号驱动能力测试、加重及均衡能力测试、高低温拷机测试；如果有条件还可以做些抖动传递、抖动容限的测试等等。

针对你的问题，我觉得高速系统设计初期的芯片能力、通道特性的测试评估阶段是最重要的，不同的器件特性差别还是很大的。无源通道的特性相对来说比较稳定，仿真做过几次之后基本上就心里有数了。

PI方面DC和AC分析都很重要，但是解决起来并不难，如果要求不是特别严格，30A以下、PDN阻抗0.01ohm以上的话，在原理图阶段通过比较简单的工具都可以进行计算，在网上查一下larry smith、eric bogatin等人的博客，他们都提供了一些免费的小工具下载。如果超过了上面的要求，需要使用专门的仿真工具来进行分析，我比较推崇sigrity的工具（已经被cadence收购），sigrity的PI仿真工具比较容易上手，仿真精度和速度也都很不错，intel也是使用这一套工具。

EMC方面则是经验积累更加重要了，仿真可以发现一些趋势，但是精确仿真是不现实的。sigrity、hfss等厂家都号称可以做，但是据我所知，国外厂家也只是跟踪研究，没有实用。这个仿真需要仿真人员对EMC的理解非常深刻，并且仿真设置和仿真计算的工作量都不是一般的大。

可能有些问题没有讲透，欢迎继续交流。

本期回答专家柯文先生介绍:

柯文, 硬件设计与测试从业时间 10年, 专长: 数字硬件设计与测试，SI&PI设计及仿真，SI&PI问题分析，研发流程管理。先后在多家著名IT通讯企业的研发中心担任研发工程师及研发主管，期间负责计算机、通讯产品的硬件开发、信号完整性仿真、硬件测试和研发管理工作，对于产品的需求提取、方案设计、硬件开发、信号完整性设计和硬件测试方面都积累了丰富的经验。

熟悉内存、以太网、USB、PCIE等常用标准的设计、测试和验证方法，对于时钟电路、电源电路以及高速数字电路的设计调试都很有心得。熟悉Cadence sigxp、Sigrity、ADS、Hyperlynx、Hspice等仿真工具，熟悉示波器、误码仪、信号源、矢量网络分析仪、时域反射仪、频谱仪、相噪仪、以太网测试仪、逻辑分析仪等仪器的原理和使用。

在计算机主板、嵌入式板卡、通讯板卡等产品方面有着丰富的项目经验。作为团队负责人培养了多名开发、SI仿真、硬件测试人员，并牵头制定企业级硬件设计规范、高速电路设计规范、信号完整性设计规范、硬件测试指南等。