接上文提到有沒有更簡便的方法可以不做那么復雜的彎針模型呢?模型建立越接近真實情況固然越準確,但是耗費時間,準確和效率找到平衡才是智者所為。
打個比方,當學習分數達到一定的程度,每提高一點,都必然要耗費心力。但在這個地方耗費心力,其實是透支未來。這也好比,一天掙100,如果要掙110,要加班3小時。那還不如省下3小時去學習,綜合能力提升了自然可以找200一天的工作。
那我們就來看看是否有效率更高的方法。
2.5D仿真
SIWave或者PowerSI這類軟件可以解這個問題嗎?要找簡單方法,當然也要嘗試看看。
1.SIWave中直接下Port
求解用時8分鐘,諧振影響非常大,顯然結果不可用,方法不可取。
2.GND做Group
S21在10G以內很接近了,10G之后震蕩加大,S11差異還是較大。PCIe Gen3以內用此方法還勉強可以接受。
3.SIWave with HFSS Region
看結果有點出乎意料,實則情理之中。SIwave with HFSS Region并不是萬金油。解線路中的過孔結構沒有問題,但是這種連接器結構,Region部分導入HFSS后Port依然是Circuit Port。
由此可見,2.5D軟件解金手指結構并不可取,Port的影響是主要因素。
高速SerDes互連信號中長鏈路S參數提取的四種方法中也提到過SIWave with HFSS Region在幾種方法對比中表現是最差的,并沒有官方宣傳的那么好,希望是我使用不當造成的,慎用!
HFSS中快速Port驗證
①Coax Port
在SIwave中直接長焊球,生成Port,快速簡單,再導入HFSS,省去建模的繁瑣。
此種解法在35G左右有諧振,整體上比在SIwave中求解靠譜多了。計算時間1.5小時。
②直接下Lumped Port
此解法與SIwave結果類似,不可取。
③減小Lumped Port尺寸
沒有改善,因此直接Lumped Port方式可以排除。
④Wave Port
結果符合預期,比實際應用情景略理想一點。
⑤非直接下Port,利用理想PEC建立Lumped Port
對比發現,方案④⑤是最接近真實情況的。放在一起比較,④⑤的S21曲線幾乎完全一致。同時⑤的S11也是最接近真實情況的。而且⑤比④操作起來也更簡單。
方案①與真實情況對比,20GHz以內沒有問題,高頻差距較大。
總結:對于PCIe Gen5金手指結構的仿真,要想準確,那就要加入連接器模型,稍微偷偷懶的方案首選⑤,其次④。繼續偷懶的話,PCIe Gen4可以選方案①。
如果還要追求速度,PCIe Gen3以內可以使用SIwave GND Group。
剛才也強調,是要在精度和效率上找平衡,方案⑤到底可不可取?仿真的結果說到底還是仿,仿的結果取決于人和軟件,測過才知道。
測試驗證
取下子卡上的PCIe連接器,露出焊盤,隨機測試一組差分信號。
16GHz -6.74dB損耗
使用上述⑤的Port建立方法挑選測試的這對差分信號進行仿真
16GHz -5.65dB損耗
仿真與測試相比,趨勢是對得上的,但是還相差了1.1dB,S11也比實際測試的理想很多。
1.1dB什么概率呢,差不多在968的板材上還能走1100mil長度走線,988板材還能走1400mil走線。
找找原因不難發現,仿真的時候我們默認阻抗都是一致性的,看上圖測試結果就會發現PCB板廠加工的阻抗非常差。內層走線能從94一路滑坡到74。實際設計是這樣的。
仿測擬合
為了證實一下阻抗的影響,故意做了一組接近實測阻抗趨勢的同一對走線。
重新按照方法⑤仿真
16GHz -6.03dB損耗
16GHz損耗變差了,S11也變差了,更接近實測的結果
較真地問一下為什么還有差別?
影響阻抗的因素有很多,這里也只是仿照測試結果的趨勢隨便改變了一組參數,具體板廠是怎么加工的偏差尚不知道,因此仿真與測試還有差異很正常。
這里要證明的是仿真總是理想的,結果如何測過才知道。
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