近期看了一些HFSS信號(hào)完整性仿真的文章，發(fā)現(xiàn)很多人對(duì)軟件的細(xì)節(jié)了解不夠深入，要么使用各種小工具，要么仿真出來(lái)的曲線一看就是存在問(wèn)題的。對(duì)于輔助小工具，如果對(duì)軟件使用還不夠純屬的時(shí)候，我是比較反對(duì)的，如果你對(duì)軟件各方面都很了解，那么就無(wú)所謂了；至于仿真結(jié)果不對(duì)，還是help文件看的少，軟件的用法不對(duì)，盡管你覺(jué)得是對(duì)的。

TDR仿真是高速應(yīng)用經(jīng)常要觀察的一個(gè)指標(biāo)，HFSS提供了兩種觀察TDR的方法，一種方法是使用HFSS transient，純正的時(shí)域仿真求解器，不過(guò)我看很多人幾乎沒(méi)用過(guò)該功能，其實(shí)transient在layout前仿真還是很有用的，求解速度挺快，看TDR也很方便；另外一種就是大家常用的driven terminal+插值法寬頻掃描，但是這是純粹的頻率求解，而TDR又是時(shí)域的結(jié)果，所以軟件提供了IFFT這種算法，將頻率求解得到的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為時(shí)域的TDR。

既然是從頻域轉(zhuǎn)換到時(shí)域，要么問(wèn)題來(lái)了！！假如我仿真的信號(hào)速率是10Gbps，對(duì)應(yīng)的每bit時(shí)間為100ps，那么信號(hào)的rise time大概為35ps，要形成一個(gè)rise time為35ps的step信號(hào)，在HFSS中掃頻的范圍該怎么設(shè)置？設(shè)置為多大才比較合適？很多人的問(wèn)題就出現(xiàn)在這里。 這里建議大家去了解下TDR的測(cè)試原理，有助于你理解仿真的結(jié)果。

為什么掃頻范圍會(huì)影響TDR呢，這跟時(shí)間分辨率也就是信號(hào)的rise time有關(guān)，rise time越小，信號(hào)包含的高頻分量就多，因此在HFSS設(shè)置的掃頻范圍必須包含足夠多的頻譜分量，才能形成我們想要的rise time，在HFSS中，rise time=1/fmax，fmax為掃頻的最大值，即截止頻率，你可以通過(guò)這個(gè)公式來(lái)計(jì)算你的截止頻率。

上述公式正確與否，在ANSYS electronics desktop里面有好幾個(gè)驗(yàn)證手段，簡(jiǎn)單的就是在電路仿真circuit simulator里面分析不同rise time step信號(hào)的頻譜，取一階包絡(luò)對(duì)應(yīng)的頻率分量，如下圖：非常簡(jiǎn)單的一個(gè)電路模型，然后分析電壓V1在不同上升沿時(shí)間下的頻率。可以看到，當(dāng)tr分別取100ps、35ps、15ps，仿真的最大頻率fmax分別為9.89GHz、28.67GHz、66.63GHz，你可以通過(guò)上面的公式分別計(jì)算以下，兩者的結(jié)果是很接近的。

另外一個(gè)手段就是借助于HFSS transient，根據(jù)這里面頻譜的對(duì)應(yīng)關(guān)系，來(lái)確定fmax的值，參考下面三圖，直接mark處fmax即可，可以看到跟電路仿真的值也很接近。

上面說(shuō)了要得到正確的rise time，應(yīng)該怎么樣計(jì)算fmax以及其驗(yàn)證手段，下面我們看過(guò)孔TDR分析的例子。

我是在HFSS 3d layout中建立的模型，其求解算法跟HFSS是一樣的，因此不影響我們的結(jié)果分析。模型圖片如下：典型的過(guò)孔模型，差分阻抗為82.53ohm，過(guò)孔阻抗未知。

當(dāng)求解截止頻率分別設(shè)置為10GHz、30GHz、75GHz是，對(duì)應(yīng)的rise time大概為100ps、35ps、15ps，我們對(duì)比過(guò)孔在不同rise time的阻抗表現(xiàn)，因?yàn)槟Ｐ秃苄。覀儜?yīng)用了wave port的deembedding，非常有用的一個(gè)技能。

從下圖可以看到，當(dāng)rise time=100ps時(shí)，整個(gè)通道阻抗差分阻抗差不多就是100ohm，過(guò)孔和差分線都表現(xiàn)為理想的傳輸線，寄生效應(yīng)不明顯；當(dāng)rise time=35ps時(shí)，差分線仿真阻抗為82.06ohm，非常接近于polar si9000的計(jì)算值，這樣證明了仿真各方面的設(shè)置是正確的，此時(shí)過(guò)孔的阻抗為97ohm；當(dāng)rise time=15ps時(shí)，過(guò)孔阻抗為112ohm，這就說(shuō)明在不同的rise time下，同樣的結(jié)構(gòu)，其阻抗特性截然不同，因此fmax的選擇，將極大的影響你的仿真結(jié)果。

有人可能會(huì)想，我直接在HFSS TDR options窗口中更改rise time行不行呢？答案是不行的，如下兩圖

：顯然直接更改rise time和跟正確設(shè)置rise time得到的TDR相比，還是有很大差異的。

上面的仿真數(shù)據(jù)對(duì)比說(shuō)明，一定要根據(jù)你分析信號(hào)的rise time選擇合適的fmax，不然仿真出來(lái)的結(jié)果跟實(shí)際的會(huì)有很大出入，同時(shí)你基于此仿真結(jié)果優(yōu)化結(jié)果也是無(wú)意義的，謹(jǐn)記。

這里再說(shuō)一下模型的問(wèn)題，因?yàn)楫?dāng)前模型中過(guò)孔的model很小，使用的又是wave port，已經(jīng)犯了wave port設(shè)置的大忌諱，即wave port距離阻抗不連續(xù)結(jié)構(gòu)不能太近，這會(huì)導(dǎo)致S參數(shù)計(jì)算精度不夠，詳細(xì)可以參考help文件。因此，你要么加長(zhǎng)差分線的長(zhǎng)度，要么使用wave port的deembedding功能來(lái)變相加長(zhǎng)差分線，讓wave port距離過(guò)孔有足夠遠(yuǎn)的距離，不然的話直接看TDR是非常不準(zhǔn)的，結(jié)果如下，不做deembedding看的TDR非常好，事實(shí)上差分線阻抗只有82.6ohm，完全不對(duì)，同時(shí)TDR曲線持續(xù)的時(shí)間很短，你也沒(méi)法區(qū)分到底哪個(gè)時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的TDR才是過(guò)孔的阻抗，做了deembedding就很好區(qū)分，肯定中間突起的就是過(guò)孔阻抗。

以上就是這次分享的HFSS中TDR仿真要注意的事項(xiàng)：

1. 要根據(jù)你產(chǎn)品的速率，來(lái)選擇合適的fmax;

2. 模型很小時(shí)，又使用wave port時(shí)，不能直接看TDR，最好使用deembedding；

想要模型的請(qǐng)站內(nèi)聯(lián)系我，謝謝！