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(duì)圖片、視頻傳輸所帶來的日益增長(zhǎng)的帶寬需求，通信設(shè)備中高速串行通道上的信號(hào)速率以每五年翻一倍的速度進(jìn)行提升。從最初的單鏈路10Mb/s速率一路提升到當(dāng)前業(yè)界廣泛應(yīng)用的25Gb/s速率，而且未來還會(huì)向著56G、112G等更高速率持續(xù)演進(jìn)，圖1所示即為以太網(wǎng)聯(lián)盟定義的以太網(wǎng)速率升級(jí)路線圖。

圖1 未來五年以太網(wǎng)速率升級(jí)路線圖

對(duì)于幾十Gbps速率的高速串行鏈路，單純依靠以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)無法確保高速鏈路設(shè)計(jì)的正確性。因此，需要采用各種高頻電磁場(chǎng)仿真的EDA工具軟件，在設(shè)計(jì)前和設(shè)計(jì)完成后對(duì)高速串行鏈路進(jìn)行前仿真和后仿真分析，充分驗(yàn)證高速串行鏈路的各種電氣性能是否滿足設(shè)計(jì)要求，從而確保一次性地設(shè)計(jì)成功，滿足產(chǎn)品上市的時(shí)間需求。

當(dāng)前業(yè)界已經(jīng)有多款高頻電磁場(chǎng)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(guó)外大廠開發(fā)，且經(jīng)過了多年的業(yè)界應(yīng)用，軟件的功能、易用性、仿真精度等各方面都經(jīng)過了充分驗(yàn)證。但正如前文所述，人們對(duì)以太網(wǎng)帶寬持續(xù)提升的迫切需求使得路由器、交換機(jī)、服務(wù)器等數(shù)據(jù)通信設(shè)備中的高速串行鏈路速率飛速提升，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)更高信號(hào)速率鏈路的準(zhǔn)確建模分析，成為了當(dāng)前EDA仿真軟件領(lǐng)域各個(gè)廠家均需面對(duì)的課題。另外，隨著信號(hào)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(dāng)前的仿真模型中均需考慮進(jìn)去。

芯禾的Expert系列軟件（Via Expert、Snp Expert、Channel Expert）是完全在國(guó)內(nèi)研發(fā)的一套高頻電磁場(chǎng)仿真分析軟件，在吸取了上述各個(gè)EDA國(guó)際大廠軟件優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，為信號(hào)完整性設(shè)計(jì)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。基于芯禾的Expert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(shè)計(jì)效率。

下面將詳細(xì)講解使用芯禾Expert系列軟件實(shí)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(hào)從一塊子卡上的芯片發(fā)出，經(jīng)過背板后被另一塊子卡上的芯片接收。以此信號(hào)拓?fù)錇槔?，高速Serdes鏈路的前仿真過程包括了以下幾個(gè)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(hào)孔和走線的模型；

3、搭建整體鏈路拓?fù)?，仿真鏈路的插損、回?fù)p、阻抗等曲線；

4、查看仿真結(jié)果，并將仿真結(jié)果與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)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(huì)提供其高速連接器的S參數(shù)模型給用戶，因而，對(duì)高速通道仿真人員來說，仿真的實(shí)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?qū)Ы缑?，設(shè)置好疊層和相關(guān)參數(shù)，就可以由軟件自動(dòng)建出所需的三維模型。相比于HFSS、EMPro、Sigrity等軟件，Via Expert針對(duì)PCB鏈路建模所做的這些Template大大簡(jiǎn)化了仿真人員的建模工作量，使得用戶通過GUI界面向?qū)?，在很短的時(shí)間內(nèi)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