信號完整性仿真的案例
【往年優(yōu)秀論文】基于S 參數(shù)模型的信號完整性仿真驗證
摘 要：為了驗證頻域S 參數(shù)模型在PCB 信號完整性時域仿真方面的有效性，給出了一種基于信號線S 參數(shù)模型的信號完整性仿真驗證的方法并通過試驗進行了驗證。通過矢量網(wǎng)絡分析儀（VNA）測試PCB 信號線單端開路S 參數(shù)對ANSYS SIwave 軟件的PCB 走線S 參數(shù)模型結果進行修正，利用高速示波器對ANSYS Designer 軟件的時域仿真結果進行驗證。對某電子控制器PCB 的仿真和測試表明，該仿真驗證方法能夠比較有效地進行信號完整性分析。
1. 引言
傳統(tǒng)的“樣機-測試-改進-新樣機”式PCB 設計方法不僅耗時長、效率低、成本高，而且不能滿足產(chǎn)品快速更新?lián)Q代的需求，固有的設計理念在進行高速復雜電路設計時顯得捉襟見肘。而如果能夠采用軟件進行信號完整性（Signal Integrity，SI）仿真分析，不僅能夠直觀地觀測各類信號的性能指標，還能有效地縮短研發(fā)周期、提高產(chǎn)品設計的一次成功率。
廣義的信號完整性問題是指包括反射、串擾、時延、EMI、同步開關噪聲、地彈、軌道塌陷等在內(nèi)的所有影響信號質(zhì)量的因素及其表現(xiàn)。目前，信號完整性分析的主要集中在時域仿真分析方面，主要代表軟件有Cadence[3]
，HyperLynx等，但是時域仿真不能很好的評價電源地平面諧振、電源地阻抗等電源完整性問題，這時就需要引入頻域模型。
本文是在基于時域信號完整性仿真分析流程的基礎上，引入了信號線頻域S 參數(shù)模型，并給出了基于S 參數(shù)模型的信號完整性仿真驗證流程。采用了ANSYS 公司的兩款電磁仿真軟件SIwave 及Designer 進行信號完整性仿真分析，并通過矢量網(wǎng)絡分析儀（VNA）和高速示波器對相關仿真參數(shù)進行了測試驗證。
展開 平臺上關于電磁仿真和信號完整性仿真、以及光學仿真的課程太少啦，能否宣傳下，有老師出課程么？
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光收發(fā)器信號完整性分析（包含封裝效應）-AEDT-INTERCONNECT互操作性
在此示例中，Ansys Circuit和INTERCONNECT用于對2.5D集成光收發(fā)器進行電光信號完整性仿真。該收發(fā)器由通過interposer層連接的電集成電路(EIC)和光子集成電路(PIC)組成。
Ansys Circuit用于對信號路徑的電學部分進行建模，INTERCONNECT用于對光學部分進行建模。單向信號傳輸用于連接信號路徑的電學部分和光學部分。Interposer層上的信號路徑使用Ansys HFSS 3D電磁仿真計算出的S參數(shù)進行建模。
概述
了解仿真工作流和關鍵結果。
收發(fā)器信號路徑始于EIC上的driver，該driver通過interposer將10Gb/sNRZ信號發(fā)送到PIC上的耗盡型環(huán)形調(diào)制器。調(diào)制后的光信號經(jīng)過一個代表信道損耗的衰減器，到達接收器上的光電探測器。光電流驅(qū)動接收信號通過interposer層返回到EIC上的電阻。
步驟1：發(fā)射器電路
該電路用于仿真EIC上的driver和PIC上的環(huán)形調(diào)制器之間發(fā)射器信號路徑的電學部分。
發(fā)射器電路由代表調(diào)制器driver的電壓源、Interposer層的狀態(tài)空間模型單元以及環(huán)形調(diào)制器的等效電路組成。Interposer層狀態(tài)空間模型基于Ansys HFSS進行3D電磁仿真計算出的電S參數(shù)生成。
環(huán)形調(diào)制器等效電路由兩個電阻和一個電容組成，分別代表調(diào)制器PN結的電阻和電容。等效電路中結電容兩端的電壓保存在一個文本文件中，并在下一步中用作環(huán)形調(diào)制器光學模型的輸入。
步驟2：光信道
Lumerical INTERCONNECT用于模擬由激光源、發(fā)射器和接收器組成的光信道。
上一步中記錄在文本文件中的電壓由“Signal Voltage”元件讀取，并用于驅(qū)動發(fā)射器中的環(huán)形調(diào)制器模型。
展開 Ansys信號完整性仿真方案
信號完整性概念
信號設計核心問題
損耗
阻抗
串擾
均衡器
設計中的挑戰(zhàn)
Ansys信號完整性方案
信號完整性分析的基本流程
層疊設計
導體蝕刻&粗糙度
材料設計
傳輸線設計
阻抗
W model
過孔建模與優(yōu)化
信號線整個通道參數(shù)提取
無源鏈路規(guī)范要求及分析（10G-BASE-KR為例）
規(guī)范IEEE 802.3 2015 Section5中Annex 69B Interconnect characteristics定義了背板架構的無源鏈路設計要求：
? IL (Insertion Loss)
? RL (Return Loss)
? ILD (Insertion Loss Deviation)
? ICR (Insertion Loss to Crosstalk Ratio)
無源鏈路的相應的曲線，必須滿足在設計指標之內(nèi)。
展開 
免費網(wǎng)絡課程| ANSYS SIwave信號完整性仿真基礎
ANSYS電子解決方案為電子行業(yè)用戶提供的電磁場、電路系統(tǒng)仿真解決方案幫助行業(yè)客戶充分應對電子行業(yè)復雜挑戰(zhàn)。ANSYS SIwave是一款特別針對PCB、芯片封裝的SI/PI/EMC仿真工具，他與EDA設計工具無縫集成，涵蓋PCB從直流設計到去耦電容設計，從高速設計到EMC設計各個方面，幫助工程師深刻洞察電路器件與電磁場器件的相互作用，并能自動考慮PCB板上所有互連結構，如走線，過孔和焊盤等，對高速信號完整性及電源完整性進行評估分析。
課程大綱：
1.SI/PI仿真必要性
2.SIwave功能介紹
3.SIwave信號完整性軟件操作演示
課程對象
主要面向汽車電子、通信、高科技等行業(yè)的電子產(chǎn)品設計工程師或仿真工程師
培訓時長
2小時
培訓時間
3月24日（周二）19:30-21:30AM
主講講師簡介
劉捷,碩士學位,畢業(yè)于華中科技大學電信學院。現(xiàn)任IDAJ中國ANSYS高頻電磁產(chǎn)品技術經(jīng)理。
展開 官方免費 | 3DIC HBM的信號與電源完整性分析在AI芯片的應用
但是HBM設計實施卻很困難，除了滿足嚴苛的interposer設計規(guī)則及信號完整性規(guī)則外，還必須考慮高位寬（1024 bits/2048 bits甚至4096 Bits）同步開關噪聲問題。本次研討會將聚焦HBM設計面臨的挑戰(zhàn)，并以一個全新的視角刨析針對3DIC HBM信號和電源完整性問題和相應的解決方案。
講師簡介：
張書強，Ansys中國半導體事業(yè)部技術支持經(jīng)理，自2010年加入Ansys以來，一直從事芯片-封裝-系統(tǒng)協(xié)同設計和協(xié)同仿真領域的技術支持工作。主要研究領域：芯片-封裝-系統(tǒng)電源/信號/熱完整性協(xié)同仿真分析，芯片功耗噪聲簽核分析。
時間：
2020/05/07 16:00~17:00
報名方式：
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或點擊鏈接報名：http://event.31huiyi.com/1854380264/index?c=jishulink
展開 電源完整性仿真與EMC分析
降低信號的反射和串擾；改進信號的回流路徑，降低電源分配系統(tǒng)阻抗，同步開關噪聲，消除PCB上關鍵點和關鍵頻率的諧振，合理放置去耦電容改善電源地的阻抗與諧振，使用屏蔽過孔等措施減小PCB的邊緣輻射。
隨著信號的Tr變快，產(chǎn)品的EMC問題成為EDA設計的最大難點。EMC問題由來已久，涉及面較廣，隨著信號速率的提高和芯片尺寸的減少，傳統(tǒng)的EMI設計方法顯得力不從心。解決EMC問題和解決其它SI問題顯著的不同點在于EMC更依賴于測試，或者是仿真與測試過程兩者的融合，不同類型的EMI包括來自于信號互連的連接器，電纜，PCB的連線以及邊緣輻射等。
電源和信號完整性對EMI的性能有著直接的影響，從PCB設計階段控制EMI，能起到事半功倍的作用。我們通常采用下列幾種方法來分析并改進信號和電源完整性，從而減小EMI輻射。
1． 減少電源地平面間噪聲－電源完整性分析
2． 優(yōu)化電源地系統(tǒng)阻抗－電源完整性分析
3． 降低串擾和反射－信號完整性分析
4． 改善同步開關噪聲－信號完整性分析
5．
展開 資料包精選：PCB仿真設計、HyperLynx、Xpedition、電路設計、信號完整性...你要的都有！
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研討會內(nèi)容
? PDN 噪聲分析方法
-時域的瞬態(tài)仿真模擬紋波
-頻域的阻抗曲線魯棒性設計方法
? Die 到穩(wěn)壓模塊的完整建模
-穩(wěn)壓模塊的建模和模型數(shù)值確定
-板級PDN 的通道的建模
-去耦電容的電感和偏置效應
-Chip Power Model模型的結構
? PDN 設計與優(yōu)化的實用方法
報名福利
報名領取官方案例：《PADS Professional 入門》、《隔離電源完整性對信號完整性的影響類型的案例研究及緩解方法》
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一期一會 | 什么是信號完整性？
寫在前面
仿真、模擬、有限元分析、多物理場……這些術語是不是早已成為每位仿真人的“日常”？大家是否知曉其背后的技術原理和演進趨勢，正深刻地改變著世界？Ansys全新推出【Simulation Topics】系列專題，邀您一起探索仿真世界。本專題將以“一期一會”的形式，攜手各領域?qū)＜遥瑖@Ansys全產(chǎn)品線的技術優(yōu)勢，帶您深入解析流體、結構、電子設計及電磁仿真、光學、光子學、半導體、自動駕駛、汽車、聲學、航空航天、材料等多個關鍵領域，讓復雜的專業(yè)知識觸手可及。
系統(tǒng)的信號完整性（SI）是衡量電信號在進入和離開電路的整個過程中的變化程度的指標。對于數(shù)碼電子產(chǎn)品而言，該信號是一種電壓隨時間的推移在高值和低值之間變化的電流。
信號完整性是所有現(xiàn)代電子系統(tǒng)的基礎。該行業(yè)采用“完整性”一詞進行描述，因為它體現(xiàn)了遵循代碼、無消減而且完整、未分散。如果信號的波形因串擾、阻抗失配及損耗而與原始信號差異明顯，則接收器將無法讀取信號，從而導致信號完整性問題。這就是為什么信號完整性工程（分析和改進信號完整性問題）是設計集成電路（IC）、IC封裝和印刷電路板（PCB）的重要環(huán)節(jié)。
信號速度的增加以及PCB和封裝的尺寸縮小，將進一步增加處理信號完整性問題的挑戰(zhàn)。高速數(shù)字信號和更小的幾何結構可使信號噪聲和失真更明顯。不過，隨著挑戰(zhàn)的不斷增加，行業(yè)對如何應對這些挑戰(zhàn)的理解以及工程師用于定義、仿真和調(diào)整其電子系統(tǒng)的工具功能也會隨之增加。
由于材料中的電阻、移動電子產(chǎn)生的電磁場、其它電磁場產(chǎn)生的電流以及電路的電容，在電子從驅(qū)動器流向接收器時，會出現(xiàn)波形失真、噪聲、時間偏移和振幅減小的情況。在PCB中，材料、創(chuàng)建電路的跡線的形狀、各層的布置與厚度以及在層與層之間傳輸電流的方式，都會激發(fā)這些效應。
展開 【干貨分享】詳解PCB走線與信號完整性問題
高速信號的PCB走線
現(xiàn)在但凡打開SoC原廠的PCB Layout Guide，都會提及到高速信號的走線的拐角角度問題，都會說高速信號不要以直角走線，要以45度角走線，并且會說走圓弧會比45度拐角更好。
事實是不是這樣？PCB走線角度該怎樣設置，是走45度好還是走圓弧好？90度直角走線到底行不行？
大家開始糾結于PCB走線的拐角角度，也就是近十幾二十年的事情。上世紀九十年代初，PC界的霸主Intel主導定制了PCI總線技術。
似乎從PCI接口開始，我們開始進入了一個“高速”系統(tǒng)設計的時代。
電子設計和芯片制造技術按照摩爾定律往前發(fā)展，由于IC制程的工藝不斷提高，IC的晶體管開關速度也越來越快，各種總線的時鐘頻率也越來越快，信號完整性問題也在不斷的引起大家的研究和重視。
早期PCB拉線菌應該還是比較單純，把線路拉通、擼順，整潔、美觀即可，不用去關注各種信號完整性問題。比如下圖所示的HP經(jīng)典的HP3456A萬用表的電路板，大量的90°角走線，幾乎是故意走的直角，絕大多數(shù)地方?jīng)]有鋪銅。
上面PCB板的右上角，不僅走直角不止，拐彎后，線寬還變小了，會造成信號反射問題，影響信號完整性。
展開 干貨｜如何確保PCB設計信號完整性？
信號完整性（Signal Integrity， SI）是指信號在信號線上的質(zhì)量，即信號在電路中以正確的時序和電壓作出響應的能力。
如果電路中信號能夠以要求的時序、持續(xù)時間和電壓幅度到達接收器，則可確定該電路具有較好的信號完整性。
反之，當信號不能正常響應時，就出現(xiàn)了信號完整性問題。
隨著高速器件的使用和高速數(shù)字系統(tǒng)設計越來越多，系統(tǒng)數(shù)據(jù)率、時鐘速率和電路密集度都在不斷地增加。
在這種設計中，系統(tǒng)快斜率瞬變和工作頻率很高，電纜、互連、印制板（PCB）和硅片將表現(xiàn)出與低速設計截然不同的行為，即出現(xiàn)信號完整性問題。
信號完整性問題能導致或者直接帶來諸如信號失真，定時錯誤，不正確的數(shù)據(jù)，地址、控制線和系統(tǒng)誤差等，甚至使系統(tǒng)崩潰，這已成為高速產(chǎn)品設計中非常值得注意的問題。
本文首先介紹了PCB信號完整性的問題，其次闡述了PCB信號完整性的步驟，最后介紹了如何確保PCB設計信號完整性的方法。
PCB信號完整性的問題
PCB的信號完整性問題主要包括信號反射、串擾、信號延遲和時序錯誤。
1、反射：信號在傳輸線上傳輸時，當高速PCB上傳輸線的特征阻抗與信號的源端阻抗或負載阻抗不匹配時，信號會發(fā)生反射，使信號波形出現(xiàn)過沖、下沖和由此導致的振鈴現(xiàn)象。
過沖（Overshoot）是指信號跳變的第一個峰值（或谷值），它是在電源電平之上或參考地電平之下的額外電壓效應；
下沖（Undershoot）是指信號跳變的下一 個谷值（或峰值）。
展開 
論壇電磁，信號完整性課程太少了！
相比某秀，平臺電磁，信號完整性，光學等課程太少了！ 建議參考某秀平臺，拉專業(yè)老師入駐，繼續(xù)出高質(zhì)量系統(tǒng)課程！ 希望平臺越來越好，課程質(zhì)量數(shù)量越來越高！
信號完整性 | Ansys助力Autodesk Fusion 360改進PCB設計
仿真驅(qū)動設計有助于更好地管理創(chuàng)新，并應對日益增加的產(chǎn)品復雜性、更短的產(chǎn)品生命周期和不斷增長的消費者期望。在Fusion 360中嵌入Ansys仿真技術，有助于擴展PCB設計人員研發(fā)智能消費類電子產(chǎn)品的能力，以便在設計流程中獲得電磁學領域的洞察。由Ansys技術支持的Fusion 360信號完整性擴展對PCB設計人員的價值主要體現(xiàn)在以下四個方面：
配置簡單：快速、輕松地輸入?yún)?shù)，然后選擇目標信號進行快速和按需分析
阻抗匹配：管理和控制整個電路板上每個關鍵信號的阻抗，以獲得最佳的高速設計性能
信號洞察：分析您的設計信號，以檢查用于表征高速設計的參數(shù)，如信號延遲、走線長度、阻抗和耦合
視覺違規(guī)標記：利用2D PCB設計上疊加的顏色編碼圖，直觀地識別任何潛在的阻抗或耦合問題
查看由Ansys技術支持的Autodesk Fusion 360信號完整性擴展實際應用的簡單示例。點擊此處了解更多信息
如何設計PCB中的信號完整性
當我們談論信號完整性時，我們主要關注的是電信號是否沿著連接組件的走線移動，同時避免信號失真。在這個過程中，最重要的變量之一是走線的阻抗，阻抗是電路或組件對交流電的有效電阻。走線彎曲、不連續(xù)、反射和阻抗不匹配都會導致信號失真。
展開 關于信號完整性，你該了解的 | 招聘技術支持工程師
ANSYS仿真軟件以獨特的方式在組件、電路和系統(tǒng)設計上模擬電磁性能，并且評估溫度、振動和其他關鍵機械效應。ANSYS芯片-封裝-系統(tǒng) (CPS) 設計流程實現(xiàn)了強大的仿真功能，加快實現(xiàn)高速電子設備的電源完整性、信號完整性和 EMI 分析的速度。自動化熱力分析和集成式結構分析功能在芯片-封裝-主板上補足了業(yè)內(nèi)最全面的芯片感知和系統(tǒng)感知仿真解決方案。
ANSYS 信號完整性 (SI) 分析產(chǎn)品對于現(xiàn)代高速電子設備中的高速串行通道、并行總線和完整的供電系統(tǒng)的設計十分重要。這些集成電磁學 (EM) 和電路仿真工具可預測 EMI/EMC、電源完整性和 SI 問題, 從而在構建和測試前優(yōu)化系統(tǒng)性能。
許多影響印刷電路板 (PCB) 的電氣和熱力問題會對電子產(chǎn)品的整體信號完整性造成不利影響，如電磁干擾 (EMI)、串擾、電源完整性、過熱等。這些很難預測，測量起來也很昂貴。ANSYS 解決方案能夠減少高速數(shù)字系統(tǒng)的信號完整性問題，提高其可靠性和性能，從而一次性成功完成設計。
設計自動化功能使用戶可以：
從常用的布局工具導入設計
執(zhí)行嚴格的電磁提取
耦合到全電路仿真
ANSYS中國技術支持團隊正在招兵買馬，現(xiàn)開放一個針對信號完整性的售后工程師崗位，此次招聘職位將面向ANSYS四地辦公室：北京、上海、成都及深圳，歡迎各位有志者踴躍申請！
展開 【Ansys線上直播回看】3DIC HBM的信號與電源完整性分析在AI芯片的應用
但是HBM設計實施卻很困難，除了滿足嚴苛的interposer設計規(guī)則及信號完整性規(guī)則外，還必須考慮高位寬（1024 bits/2048 bits甚至4096 Bits）同步開關噪聲問題。
此次網(wǎng)絡直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續(xù)收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網(wǎng)絡直播錄播內(nèi)容，供大家回看學習。
隆重向大家推出Ansys行業(yè)應用大講堂“仿真體系建設驅(qū)動數(shù)字創(chuàng)新”系列在線研討會；5月，我們還將迎來Ansys 2020 R1針對SI/PI和EMC技術亮點及案例系列專題網(wǎng)絡研討會。非常有幸邀請到多位高級工程師為系列專題助陣，歡迎積極報名參加并關注后續(xù)精彩內(nèi)容！
▼▼▼2020 Ansys網(wǎng)絡研討會有獎反饋 - 可免費獲取本場錄播和講解資料，參與者均可獲得千元培訓券及技術鄰金幣獎勵！
關于Simulation World
Simulation World是一場面向全球觀眾且為免費的在線虛擬盛會，將于2020年6月10日-11日舉行，屆時，來自Ansys，客戶和合作伙伴多名演講者將在此發(fā)表主題演講。內(nèi)容涵蓋自動駕駛、電氣化、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)以及后疫情時代的數(shù)字化轉(zhuǎn)型等前沿趨勢探討，Ansys合作伙伴也將在其冠名的虛擬展廳中展示相關解決方案。立即掃碼報名！
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