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如何实现高速连接器信号完整性分析?

Xpeedic 来源:Xpeedic 2023-01-29 15:26 次阅读

前言

随着5GAI云计算、数据中心以及高性能计算等技术的兴起,互连系统中数据传输带宽逐渐增加,连接器作为整个互连系统的关键器件,对提高互连系统传输带宽至关重要,也是整个系统的传输瓶颈。对高速连接器实现3D建模与分析,提取S参数,准确分析其插入损耗、回波损耗、串扰等信号完整性性能,可有效提高连接器的传输性能,从而提升整个互连系统的传输能力。

本文主要使用芯和半导体Hermes平台演绎了“怎样对高速连接器与PCB进行3D建模和电磁分析,优化其信号完整性,从而提升高速连接器的传输能力。

Hermes平台简介

芯和半导体的Hermes平台中集成有Layered、3D与X3D三大流程,分别应用于不同的业务场景:

Layered流程主要针对各类封装、PCB和封装+PCB协同仿真流程,支持导入多种格式的Layout设计文件,包括Cadence的.mcm/.sip/.brd、ODB++以及GDS文件,同时提供了Lead Frame流程,可导入DXF文件进行建模;

3D流程主要针对纯3D结构建模与仿真,支持导入SAT/STP格式文件进行建模仿真,支持SAT/STP文件与Layout设计文件协同建模与仿真,支持用户自定义3D模型进行建模仿真;

X3D流程主要用于抽取3D模型的RLGC寄生参数。

Hermes 3D模块 高速连接器与PCB协同建模 仿真流程介绍

1.连接器SAT模型与PCB模型导入

本次应用案例主要使用Hermes 3D流程创建QSFP28连接器与PCB的联合模型进行电磁仿真,抽取S参数来分析连接器性能。 首先,在菜单栏选中Project->3D,创建Hermes 3D工程,如图1。

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图 1 创建Hermes 3D流程

接着,在菜单栏选中Model->SAT,如图2,选中SAT文件,导入QSFP28连接器模型,在图3中进行SAT文件配置。

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图 2 导入SAT文件

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图 3 SAT配置界面

如下①~⑥条是对SAT配置界面进行说明: ①导入预览界面可以在左侧视图中旋转查看; ②Part列是识别到的所有结构体的名称; ③Material列是根据结构的所属材料进行显示,后续导入结构会按照此材料类型进行分类显示; ④Model列可以控制导入的模型,不勾选即不导入,重复点击model,可以控制所有结构勾选或不勾选的状态; ⑤Visibility列控制左侧界面中单个结构体的显隐; ⑥点击OK,完成此次模型导入。 接下来,导入PCB模型,在Project Manager窗口选中连接器模型,右键点击Attach加载PCB模型,如图4,PCB模型在Hermes Layerd流程处理之后导出成SAT模型,此处导入的SAT模型与上述导入的流程一致,此处不在赘述。

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图 4 加载PCB模型

2.几何图形的材料设置

连接器与PCB模型导入之后,显示如图5,选中具体几何图形设置材料,如图6。

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图 5 连接器模型与PCB模型导入

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图 6 模型材料设置

3. 连接器与PCB模型装配

在Hermes 3D模块中可以使用Move功能将连接器模型与PCB模型进行移动和装配,实现连接器与PCB的联合建模,如图7。

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图 7 连接器与PCB模型装配

4. 边界条件及端口设置

Hermes 3D流程中支持辐射边界条件、PEC边界条件、RLC边界条件和PML边界条件等多种边界条件。此案例中,使用辐射边界条件,在Project Manager窗口右键点击Boundary->Add Airbox来添加辐射边界,如图8。

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图 8 添加辐射边界条件

在Hermes 3D中支持多种端口类型,如图9,用户可以自定义各种类型的端口。

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图 9 端口类型

5. 求解条件设置

设置求解条件,如图10,Hermes具备Adaptive和Balance两种网格剖分策略:

Adaptive模式会根据计算的实际需要动态改变计算区域内的网格结构,在电磁场变化剧烈的计算区域,采用空间尺度较小的精细网格予以计算,在电磁场变化缓慢的区域,采用空间尺度较大的粗网格来计算,从而提高计算精度和计算效率。

Balance模式不参与求解器迭代,求解效率较高,适用于设计前期或者大尺模型计算求解。

勾选“Auto MPI”,求解器会自动调用MPI模块加速求解器计算效率。

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图 10 求解条件

6.查看仿真结果

仿真完成以后,在ProjectManager窗口点击Results,查看网格与S参数,如图11。

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图 11 查看网格及S参数

总结

本文主要介绍了如何在Hermes平台中导入连接器的SAT模型与PCB完成联合建模,如何快捷编辑材料、边界条件、端口等属性,再利用Hermes的自适应网格剖分技术与有限元算法实现连接器与PCB的协同EM仿真,提取S参数,最终实现分析与优化连接器的信号完整性,提升连接器的传输速率。

审核编辑:汤梓红

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原文标题:【应用案例】如何实现“高速连接器信号完整性分析”?

文章出处:【微信号:Xpeedic,微信公众号:Xpeedic】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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