原创 硬件工程师必读攻略-如何通过仿真有效提高数模混合设计性（下）4

48、在一些资料上看到过PCB/package/chip协同设计的说法，能否解释一下什么是协同设计。我认为，如果“协同设计”只意味这单纯的界面集成的话意义不大，因为即便使用不

同厂家的电路或电磁场软件也可以通过Touch stone格式的S参数实现互联。不知Ansoft在这方面有甚么高见？

答：在现代的高速PCB设计中，一个典型的端到端高速通道可能包含IC、封装、连接器、板上走线、过孔等结构，完整的SI分析需要将这些元件的电特性都考虑在内，因此“协同设

计”是不可避免的趋势。这些器件中除了部分要进行3D电磁场仿真外还有一些器件的模型可能已经以SPICE或IBIS模型的形式由厂商提供了，因此仿真不可避免的既包含了电磁场仿真又包含了电路仿真。

传统的通过电磁场仿真软件输出元件的touchstone 模型到电路软件的方式并不能实现真正意义上的“协同设计”，而只能作为一种单向的通过仿真验证结构有效性的手段，因为当高速通道元件以S参数的形式导出到电路中去的时候，所有与结构相关的信息都丢失了，也就是说电路中的仿真无法直接指导元件的结构设计。

Ansoft在“协同设计”方面有效的弥补传统方式的不足：采用”电磁场仿真＋电路分析＋数据链接”的模式。这里的“数据链接”并不是简单的界面集成，而是利用“按需求解”技术在进行电路仿真时调用不同的求解器完成整个高速通道的仿真。通过数据链接，所有元件的结构信息也可以参数的形式带入电路仿真，以便于直接基于电路仿真进行整个通道的优化。简单的一句话概括这种设计流程的优点就是：兼具电路仿真的速度和三维电磁场仿真的精度。

关于这方面的参考资料有“基于电磁技术的高速互联设计”、 “Gigabit Backplane Signal Integrity Design Kit:Xilinx Virtex-II Pro X Virtual Evaluation Board”、 “Ansoft协同设计方法”。这些资料都可以联系Ansoft公司北京办事处得到邮寄的彩页或复印件。

49、请问SIwave进行板极fanout引起的寄生参数，是否采用了三维场提取算法 ？目前精度多少？

答：SIwave的平面层和信号传输线的提取，使用的是二维有限元提取算法，对过孔提取使用三维准静态法，所以有时我们也说SIwave使用的是2.5维场提取算法。Ansoft的高频结构分析软件HFSS使用的是基于结构的三维场提取算法。使用二维有限元算法的一个重要依据是假设板材厚度远小于电磁波波长，在沿厚度Z轴方向的电场为等势。即

之所以这样做，是在确保一定精度条件下，简化计算量和计算时间。如果要考察SIwave的精度，需要看你仿真信号的频率，看它的波长与层叠厚度是否可比。100um层叠厚度对应信号频率大约 150 GHz。只要在这个频率以内，SIwave的仿真精度和HFSS是几乎一样的。

50、假设一多层板中有地、信号、信号、地四层依次排列，各层铜箔厚度以及层间材质和材质厚度以及两信号层信号频率、走线状态等已知。如何定量化，来计算两信号层之间信号的耦合、干扰程度？

答：这种情况你完全可以用仿真软件来做仿真，将芯片模型赋给芯片，然后将这个信号提取出来，加上激励就可以看到波形。当然也有公式来计算，但你要做很多假设，并且精度很差，如果你只是评估一个量级的话，倒可以应用。首先你要计算出两个信号走线之间的互感和互容（公式可以到电路理论书里去查），然后用dv＝l*di/dt和di=c*dv/dt来计算出耦合噪声的幅度。