深圳市賽孚電路科技有限公司專業(yè)生產(chǎn)PCB多層板,HDI板,軟硬結合板,光模塊PCB板。

光模塊PCB和光器件的仿真屬于高速串行數(shù)據(jù)鏈路(high speed serial data link)仿真的一個小分支,涉及的東西相對比較少,一般只要能扎實的練習一個光模塊仿真例子,不管是QSFP28還是CFP2的,其他類型模塊的仿真都能應付,畢竟模塊里面的東西都是大同小異。稍微要注意的是,光器件的仿真設計到光電轉換(EO\OE),如何在仿真上準確的復現(xiàn)這種轉換過程,就需要一些經(jīng)驗的積累。

下圖是總結的光模塊PCB和光器件級聯(lián)仿真需要掌握的知識,主要分三大塊,一是軟件操作的知識,雖然仿真的東西不多,用的軟件卻不少,有五個;第二是關于PCB(含F(xiàn)PC)仿真的內容,主要是PCB的導入和裁剪簡化,以及PCB上常見阻抗不連續(xù)性結構的優(yōu)化仿真;第三是光器件的仿真,主要是評估器件的EO和OE響應帶寬、眼圖等,“利用芯片外圍封裝來改善器件的性能”是這一節(jié)很重要的思想。

先來看看仿真用到的5個軟件,分別是HFSS、HFSS 3D Layout、Q2D\Q3D和circuit simulator,涵蓋電磁場和電路分析軟件,場路協(xié)同仿真已經(jīng)是一種很流行的趨勢了。建議大家升級到最新的軟件版本,因為新版本的軟件已經(jīng)引入了很多重要的功能,比如直接在HFSS中使用S parameter model、支持PAM4仿真,支持寬帶掃描等。各軟件的功能就不介紹了,網(wǎng)上資料很多,在仿真的過程中,要靈活交叉使用這幾個軟件,節(jié)省建模和求解時間,進而減輕自己的工作量。

第二,關于光模塊PCB的仿真,只要能掌握下面7個基本互連結構的優(yōu)化仿真,你就出師了,接下來的任務就是做校準測試板,來提升你仿真模型的準確度。

第三、光器件的仿真,重中之重,要拿到芯片的等效電路模型,沒有這個模型,器件的仿真也就失去了靈魂。有了這個模型,就可以將器件里面所有跟高頻相關的封裝S參數(shù)提取出來做級聯(lián)仿真觀察眼圖和帶寬,當然你也可以直接import hfss或Q3D model,不用額外提取S參數(shù)。還是那句話,封裝有時候對性能影響很大,要特別注意外圍封裝的設計。另外仿真出來的響應帶寬要平坦,不能有過大的ripple,而且好的帶寬一定是對應好的眼圖,反之亦然,如果對應不上,肯定是仿真模型用得不到位。

以上即是光模塊PCB和光器件級聯(lián)仿真需要掌握的知識,跟芯片的封裝以及板級PCB比起來,東西要少很多,而且由于光模塊仿真重復的東西很多,因此要將經(jīng)常用到的模型慢慢積累,變成自己的通用模型,后面再仿真,只需要隨用隨調即可,不需要每次都去重復上一次的仿真工作,下圖是個人的一些仿真模型分類,供參考。

無源通道(passive)的仿真通常要占據(jù)大部分的工作時間,我們先從無源仿真開始來介紹下使用ANSYS AEDT來仿真光模塊的基本流程。純無源的仿真主要是優(yōu)化和提取阻抗不連續(xù)結構、封裝、PCB走線的S參數(shù)、調整通道阻抗,最終的目標是讓通道的反射和串擾最小,帶寬足夠大。

無源通道的仿真分layout前仿真和layout后仿真,請參考下面紅黑箭頭指示方向,都是從PCB的導入開始的,layout前仿真是在HFSS 3D layout中,將各阻抗不連續(xù)結構(金手指、過孔、耦合電容、pcb和fpc的interface等)裁剪出來,然后export至HFSS中進行局部的優(yōu)化,待優(yōu)化好了之后,將相應的結構尺寸參數(shù)導給layout工程師,讓他修改PCB。這里為什么不直接在HFSS 3D layout中進行優(yōu)化呢,因為3D layout畫圖能力比較弱,盡管可以參數(shù)化設置一些變量,但是遠不如在HFSS中優(yōu)化方便,因此局部的優(yōu)化都建議在HFSS中進行,其他的光器件和高速submount的仿真也需要在HFSS中進行。

但是layout后仿真我建議直接在3D layout中完成,當然你用HFSS也完全可以應付此工作,只不過又來一遍模型的導進導出,相對比較繁瑣。在3D layout中,將需要分析的net裁剪出來后,你可以導入3d component,光模上常見的就是QSFP28 connector、SFP+ connector以及SMA轉接頭這些,這樣就可以進行整個無源通路的仿真了,而且利用3d layout的phi mesh,在網(wǎng)格剖分上可以節(jié)省一點時間,畢竟layout后仿真,模型都比較大了,30萬以上的網(wǎng)格數(shù)很常見。

無源仿真性能調整的差不多以后,就要進行整個TX和RX通道的級聯(lián)仿真,屬于有源仿真,需要觀察通道的電壓、電流波形、眼圖以及EO/OE響應帶寬等,下面是一個DML模型發(fā)射通道的整體仿真總結圖示,也有一些細節(jié)需要自己小心處理,請參考下圖中的文字說明。

上面即是光模塊PCB和光器件仿真概述,要仿真的東西不多,要小心處理的地方卻也不少,以上內容,只是我個人經(jīng)驗的一些總結,有錯誤的地方,請多包涵,謝謝!

以下文章來源于ANSYS老兵 ,作者劉星925