手動設置HFSS的網(wǎng)格劃分規(guī)則以提升高速傳輸線仿真精度

　　概述：

　　在傳統(tǒng)的高速鏈路SI仿真中，使用3D電磁場仿真工具仿真?zhèn)鬏斁€往往會產(chǎn)生規(guī)模大、效率低、精度差等問題，因此除了過孔、連接器等關鍵不連續(xù)結(jié)構(gòu)外，剩余的 長傳輸線部分通常會使用2D的仿真器代替，該仿真結(jié)果在10GHz以下一般可以滿足精度要求。但隨著鏈路的傳輸速率越來越高，特別是當鏈路速率達到 14Gbps甚至25Gbps時，傳輸線的截面結(jié)構(gòu)、彎曲方式等對鏈路阻抗的影響變得不可忽略，需要對傳輸線結(jié)構(gòu)進行3D電磁場仿真來提取足夠精準的無源 仿真模型。

　　HFSS默認的自適應網(wǎng)格劃分對大而均勻或是小而精細的結(jié)構(gòu)均有較好的效果，但長直傳輸線同時具備了規(guī)模大，尺寸精細的特點，在網(wǎng)格劃分時不容易做到精度和效率的兼顧，需要手動設置網(wǎng)格劃分規(guī)則。

　　下面，對HFSS使用不同的網(wǎng)格劃分規(guī)則時的應用進行分析。

　　1.無限制自適應網(wǎng)格劃分

　　使 用HFSS建立1inch長的帶狀線仿真模型，如圖1，仿真端口均為WavePort;Mesh算法為TAU/Tolerant，對網(wǎng)格尺寸無限制;仿真 解析頻率為15GHz，最大Delta S為0.02，最小Converged Passes為2;仿真求解器為2階直接求解器，仿真頻率為0.1~20GHz，線性步長為10MHz;其他設置參數(shù)為HFSS默認。為了讓傳輸線的損耗 仿真結(jié)果更加精確，在仿真中設置了銅表面粗糙度，模型為Huray模型[4]，Nodule Radius為0.05um，Hall-Huray Surface Ratio為2。(該設置為下文中所有仿真的默認設置)

　　圖1 傳輸線結(jié)構(gòu)的HFSS仿真模型

　　仿真與測試的S21插入損耗與相位的對比結(jié)果如圖2，紅色曲線為仿真結(jié)果，藍色區(qū)曲線為測試結(jié)果，其中損耗結(jié)果的偏差較大，約為10%。

　　圖2 1inch傳輸線損耗與相位的仿真與測試結(jié)果

　　TDR 的仿真與測試結(jié)果對比如圖3，紅色曲線為仿真結(jié)果，藍色曲線為測試結(jié)果，綠色虛線為設計參考值。由于PCB生產(chǎn)工藝只能保證阻抗偏差小于±10%，因此以 設計參考值作為阻抗仿真的評定標準。由圖可得，使用無控制自適應Mesh算法得到的阻抗結(jié)果偏差約為1~2Ohm。

　　圖3 TDR阻抗特性的仿真與測試結(jié)果

　　自適應算法在相位仿真上結(jié)果較為準確，但在損耗與阻抗的仿真中，無限制的自適應算法的偏差較大，需要進一步控制網(wǎng)格劃分方式，提高仿真精度。