TDR仿真在HFSS中的实践：高速过孔位列分析

作者：萧隐君

近期看了一些HFSS信号完整性仿真的文章，发现很多人对软件的细节了解不够深入，要么使用各种小工具，要么仿真出来的曲线一看就是存在问题的。对于辅助小工具，如果对软件使用还不够纯属的时候，我是比较反对的，如果你对软件各方面都很了解，那么就无所谓了；至于仿真结果不对，还是help文件看的少，软件的用法不对，尽管你觉得是对的。

TDR仿真是高速应用经常要观察的一个指标，HFSS提供了两种观察TDR的方法，一种方法是使用HFSS transient，纯正的时域仿真求解器，不过我看很多人几乎没用过该功能，其实transient在layout前仿真还是很有用的，求解速度挺快，看TDR也很方便；另外一种就是大家常用的driven terminal+插值法宽频扫描，但是这是纯粹的频率求解，而TDR又是时域的结果，所以软件提供了IFFT这种算法，将频率求解得到的S参数转换为时域的TDR。

既然是从频域转换到时域，要么问题来了！！假如我仿真的信号速率是10Gbps，对应的每bit时间为100ps，那么信号的rise time大概为35ps，要形成一个rise time为35ps的step信号，在HFSS中扫频的范围该怎么设置？设置为多大才比较合适？很多人的问题就出现在这里。这里建议大家去了解下TDR的测试原理，有助于你理解仿真的结果。

为什么扫频范围会影响TDR呢，这跟时间分辨率也就是信号的rise time有关，rise time越小，信号包含的高频分量就多，因此在HFSS设置的扫频范围必须包含足够多的频谱分量，才能形成我们想要的rise time，在HFSS中，rise time=1/fmax，fmax为扫频的最大值，即截止频率，你可以通过这个公式来计算你的截止频率。

上述公式正确与否，在ANSYS electronics desktop里面有好几个验证手段，简单的就是在电路仿真circuit simulator里面分析不同rise time step信号的频谱，取一阶包络对应的频率分量，如下图：非常简单的一个电路模型，然后分析电压V1在不同上升沿时间下的频率。可以看到，当tr分别取100ps、35ps、15ps，仿真的最大频率fmax分别为9.89GHz、28.67GHz、66.63GHz，你可以通过上面的公式分别计算以下，两者的结果是很接近的。