高速串行信号的PCB仿真分析

为了能够提高设计的正确性和准确行必须对PCB进行信号完整行仿真，通过仿真得到信号的串扰、延时、反射和眼图波形，从而达到设计即正确的目标。信号完整性问题的仿真流程是先建立元器件的仿真模型，然后进行前仿真确定PCB布线过程的参数和约束条件，物理实现阶段按照约束条件进行PCB设计，最后进行后仿真，验证设计是否满足设计要求。在整个流程中模型的精确性直接影响仿真的结果，而在前仿真和后仿真阶段用到的仿真分析方法对于仿真结果同样至关重要，而在本设计中采用了精确度较高的spice模型。下面结合实际的项目来说明仿真在本设计的实施过程。

1、PCB叠层设置

PCB板的叠层设置和信号的耦合以及阻抗计算都有着密切的关系，所以在开始PCB设计之前必须进行叠层设计，然后进行信号的阻抗计算。且由于PCB密度较高，本设计采用10层板的叠层结构，经过合理的安排叠层厚度，通过ADS CILD软件计算，表面微带和内层带状线的差分线在线宽6㏕线间距6㏕时，阻抗理论计算值分别为100.1和98.8Ω。符合阻抗控制要求。

2、模型

在板级高速PCB仿真过程中主要用要的模型有器件模型和传输线模型。器件模型一般是由器件生产厂家提供的。在高速串行信号中，我们采用的是精度更高的SPICE模型来进行仿真分析。传输线模型则是通过仿真软件建模形成的。信号在传输时，传输线会使得信号完整性问题突出，因此PCB仿真软件对传输线精确建模的能力直接影响仿真结果。

而信号路径和返回路径所在的传输线不可能是理想的导体，因此它们都有有限的电阻，电阻的大小由传输线的长度和横截面积决定。任何传输线都可以划分为一系列串接线段。同样的在传输线之间的介质也不可能是理想的绝缘体，漏电流总是存在的。实际的传输线模型由无数个短线段组成，短线段的长度趋于零。

3、提取网络拓扑和S参数

在PCB中查看关注信号的拓扑结构，一般包括驱动端和接收端，以及传输线和相关的匹配电阻电容等，可以从拓扑结构中看出该网络经过那些路径，那些会对信号的传输造成影响。

4、仿真结果分析

在ADS中可以进行信号的反射仿真、串扰仿真、眼图分析。当然仿真也分前仿真和后仿真，前仿真在ADS中进行，利用SIPro和ADS相结合进行后仿真，PCB设计的时候还需要结合仿真的结果实时的对设计进行修改以达到符合要求的目的。仿真过程在此不一一进行描述。

差分对的布线有两点要注意：一是两条线的长度要尽量一样长，等长是为了保证两个差分信号时刻保持相反极性，减少共模分量。另一是两线的间距(此间距由差分阻抗决定)要一直保持不变，也就是要保持平行。平行的方式有两种，一为两条线走在同一走线层，一为两条线走在PCB的上下相邻两层。一般以前者side-by-side 实现的方式较多。等距则主要是为了保证两者差分阻抗一致，减少反射。对差分对的布线方式应该要适当的靠近且平行。所谓适当的靠近是因为这间距会影响到差分阻抗的值, 此值是设计差分对的重要参数。需要平行也是因为要保持差分阻抗的一致性。若两线忽远忽近,差分阻抗就会不一致, 就会影响信号完整性及时间延迟。从仿真的S参数曲线图可以分析差分对的差分阻抗，以及信号完整性。

5、结论

通过以上的仿真分析可知，在PCB的设计阶段对于高速信号的各项要求都能达到，而经过实际的PCB生产也证明了该设计的正确性，该产品运行稳定，完全能达到高速数据传输的要求，可靠性高。

因此同时控制这些因素的影响也越来越困难，工程师必须深入的分析布线设计、借助精确的模型、有效的仿真和科学的分析方法，才能给复杂的高速设计以正确的指导，减少修正周期确保设计成功。