手動設置HFSS的網格劃分規則以提升高速傳輸線仿真精度

　　概述：

　　在傳統的高速鏈路SI仿真中，使用3D電磁場仿真工具仿真傳輸線往往會產生規模大、效率低、精度差等問題，因此除了過孔、連接器等關鍵不連續結構外，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，傳輸線的截面結構、彎曲方式等對鏈路阻抗的影響變得不可忽略，需要對傳輸線結構進行3D電磁場仿真來提取足夠精準的無源 仿真模型。

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

　　下面，對HFSS使用不同的網格劃分規則時的應用進行分析。

　　1.無限制自適應網格劃分

　　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;其他設置參數為HFSS默認。為了讓傳輸線的損耗 仿真結果更加精確，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 傳輸線結構的HFSS仿真模型

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

　　圖2 1inch傳輸線損耗與相位的仿真與測試結果

　　TDR 的仿真與測試結果對比如圖3，紅色曲線為仿真結果，藍色曲線為測試結果，綠色虛線為設計參考值。由于PCB生產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算法得到的阻抗結果偏差約為1~2Ohm。

　　圖3 TDR阻抗特性的仿真與測試結果

　　自適應算法在相位仿真上結果較為準確，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，需要進一步控制網格劃分方式，提高仿真精度。