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實例探究 | 基于HFSS 3D Layout的時域仿真分析
時間：2023年12月29日
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HFSS 3D Layout是Ansys公司推出的專門用于PCB和封裝的全波三維電磁場仿真工具，其計算過程完全基于HFSS的有限元算法內核，同時提供了EDA風格操作界面和仿真設置流程，更加符合layout行業的操作習慣，在確保仿真精度與HFSS一致的同時，很好地彌補了HFSS在PCB與封裝仿真中操作便利性上的不足，能夠為用戶帶來良好的仿真體驗。

HFSS 3D Layout的內核雖然為頻域算法，但其界面集成了時域求解器，故可僅利用HFSS 3D Layout進行時域分析，而無需采用“場路協同”的方式來創建Circuit電路進行仿真，可省去較多的操作步驟，提高仿真效率。

本文以一個示例來展示HFSS 3D Layout的時域仿真分析流程。


一

基于HFSS 3D Layout的時域仿真分析

PCB模型


AEDT中可直接導入EDA模型，導入后將直接由HFSS 3D Layout打開，或者由SIwave中的模型導出至HFSS 3D Layout，兩種方式等效。
為了節省仿真時間，本示例截取了一部分PCB板模型進行仿真，模型中包含了兩條數據傳輸鏈路，且保留了數據鏈路兩端的IC器件，如下圖所示；保留IC器件的目的是為了給即將插入的外部電路器件提供引腳接口。


二

基于HFSS 3D Layout的時域仿真分析

搭建時域電路


本示例進行常見的SI分析，包括時域波形以及眼圖等仿真。在Component Libraries中找到Eye Source器件并拖入Layout界面中，作為電路仿真的電壓源。
為了驗證兩條信號鏈路在不同速率下的數據傳輸情況，在Layout中添加兩個Eye Source，并分別設置這兩個Eye Source的參數，包括UI和BitPattern等。
同時選中IC器件和Eye Source器件，點擊鼠標右鍵，選擇Connect Pins…將Eye Source器件的引腳與IC器件中相關的引腳連接，對另外一個Eye Source執行相同的操作。
Eye Source器件與IC器件引腳連接完成，如下圖所示，在IC器件的Pin處將自動創建端口，且選中Pin處的矩形框，雙擊可再次編輯Eye Source。
采用同樣的方式，在信號鏈路另一端的IC器件處連接兩個外部50Ω的端接電阻，并完成Pin連接，如下圖所示。
至此，時域仿真電路搭建完成，在導航樹的Excitations節點下將自動創建6個端口。



三

基于HFSS 3D Layout的時域仿真分析

仿真設置


添加HFSS求解設置，如下圖所示：
設置Co-Simulation，如下圖所示：
添加時域求解設置，如下圖所示，然后運行時域仿真。



四

基于HFSS 3D Layout的時域仿真分析

時域結果分析


50Ω電阻端接處的時域波形如下圖所示，Eye Source不同，得到的時域波形也不同。

兩條信號鏈路上得到的眼圖結果如下圖所示，不同的信號傳輸速率，眼圖形狀不同。

對比“場路協同”仿真得到的眼圖可知，二者結果吻合很好，相差無幾，說明這兩種方法可等效。


五

基于HFSS 3D Layout的時域仿真分析

總結


在HFSS 3D Layout中進行的時域仿真分析，實則是本來需要在HFSS和Circuit中進行的“場仿真”和“路仿真”，在HFSS 3D Layout同一設計工程下直接實現了，兩種方式可等效，避免了過多的操作步驟，提高了仿真效率。





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