Xpeedic ViaExpert和SnpExpert的使用和对比分析
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Xpeedic ViaExpert和SnpExpert的使用和对比分析
随着现在高速背板信号的速度越来越快，多层PCB的过孔所引发的信号完整性问题原来越严重，越来越多的信号完整性工程师需要借助EDA工具来帮助评估以及过孔模型的设计。S参数是在高速信号传输领域中，描述无源器件传输特性的重要方式。 本文就芯禾科技Xpeedic的两款软件ViaExpert，以及SnpExpert和行业的一些标准软件进行对比分析，说明了这两款软件在信号完整性仿真领域的一些优势。
（1）ViaExpert
在高速信号PCB板中，信号为完成在不同的走线层之间的传输，不可避免的需要以过孔的形式进行过渡，正是因为过孔模型的引入，破坏了传输线的连续性，导致了信号在这里产生的反射和失真，引发了严重的信号完整性问题。因此，信号完整性工程师越来越多的使用EDA软件来帮助评估PCB过孔。
目前市场上主流的一些仿真工具都可以进行PCB的前仿真和后仿真，但是根据不同的叠层以及加工工艺进行不同的过孔模型的建模，成为了信号完整性工程师的难题。例如，现在比较主流的有Ansoft HFSS的ViaWizard软件，如图（1）所示。ViaWizard提供了很好的半自动建模过孔的方式，且可以和HFSS无缝对接，但是缺点就是，过孔的模型比较单一，不能满足信号完整性模型多样化的需求。
（a） （b）
图（1）：HFSS ViaWizard
ViaExpert提供了很多经典的建模模板，通过这些自带的模板，可以很方便的将过孔模型建立起来，如图（2）所示，ViaExpert提供了差分过孔，表贴器件，AC耦合电容，BGA球，过孔阵列模板，我们选择其中的“Model With SMD”作为例子。SMD（Surface Mounted Devices，表面贴装器件）
图（2）
如图（3）（a）所示，利用ViaExpert自带的SMD模型，其中包括SMD的Package参数，可以很方便的定义过孔所连接走线的所在层，线宽，线长，信号孔焊盘，地孔的个数，过孔的Pad，Antipad大小，同时还可以调整激励源在Pin上的位置，模拟表贴器件的焊接位置。ViaExpert 同时也支持导出所有的模型及计算求解设置到CST和HFSS中，为做对比，同时将模型导入到AnsoftHFSS中，如图（3）（b）所示。值得一提的是，因为ViaExpert对于CST和HFSS的无缝对接，在模型导入后，直接就可以进行计算。
（a） （b）
图（3）
ViaExpert采用Hybrid求解器采用混合算法，对于特定的模型，对于不同的区域采用不同的电磁算法，优化了算法的效率，同时智能地判断信号的传输路径和返回路径，在这些区域重点剖分网格，优化了网格的剖分。
（a） （b）
图（4）
最后我们来看下使用ViaExpert和HFSS的仿真后的结果对比，如图（4）所示，（a）为S参数结果，红色和绿色曲线分别为ViaExpert的 S11和S21，蓝色和紫色曲线为HFSS的计算结果；（b）为SMD的整个通路TDR结果。由此可见，ViaExpert和HFSS的结果是非常接近的。又正如前面所说，ViaExpert在采用了混合算法和优化路径网格，尽管没有采用HFSS的FEM有限元算法的自适应网格，但是计算精度却丝毫没有降低，同时，在这种结构的求解速度上，ViaExpert的优势却十分的明显，在HFSS使用HPC分布式计算的基础上，ViaExpert差不多有3倍速度的提升。
综上所述，ViaExpert是一款可以快速准确简单进行多种过孔模型的建模和仿真的工具，在这些特殊的模型上，ViaExpert具有非常大的优势。
（2）SnpExpert
S参数是对互连器件或者系统的微波属性的完美描述，S参数矩阵的每个参量事实上都是正弦信号从互连系统的某一端口的输出和另一端口输入的比较。在传输线结构中，S参数在形式上就定义了哪个端口是信号的输入，哪个端口是输出，因此S参数可以描述传输线到传输线的传输，反射，串扰等直接的测量结果。在差分对中也是可以直接测量的。
在信号完整性分析中，时域波形的传输特性至关重要，虽然S参数是基于正弦波行为而得到的，但是对于所有线性时不变的互连系统，通过了解正弦波的行为就可以了解其它波形的行为。例如，互连系统对时域波形的每种频率响应都可以通过S参数来描述，S参数的模值反应了系统能量在不同端口之间的比例，相位信息携带着传输时间等信息，通过数学上的傅里叶变化，就将S参数所表征的频率响应，转换成对应的时域响应。
综上，S参数是一种能表现互连系统响应行为的比较好的方式，因此，对于S参数的分析，处理，转换在信号完整性分析中至关重要。
图（5） |
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