仿真应用 | PCB设计的信号完整性仿真
信号完整性，是指传输系统在信号传输过程中保持信号时域和频域特性的能力。它表明信号通过信号线传输后仍能保持其正确的功能特性，即信号在电路中能以正确的时序、幅度及相位等做出响应。
如果电路中信号能够以要求的时序和电压幅度到达接收器，就表明该电路具有较好的信号完整性。反之，当信号不能正常响应时，就出现了信号完整性问题。比如信号的反射，信号之间的串扰，信号的抖动等。
主要用到的Ansys产品
SIwave，是面向电源和信号完整性仿真以及IC/PCB封装、EMI分析的专用工具。可以解决电子设备中的供电系统和高速通道问题。它可以无缝连接EDA数据，导入多种格式的文件。SIwave有PI和SI自动化仿真流程向导，用户能够快速上手。
Circuit Design，是系统电路仿真平台。支持多种芯片模型导入及分析，芯片均衡等配置分析，可以实现与Ansys电磁场工具的无缝链接，系统眼图误码率分析，有专门针对高速链路的仿真算法。
信号完整性仿真方法
信号的特性可以从时间特性和频率特性两方面来描述，时域和频域反映了信号两个不同的观测面，相应的电路分析也存在时域分析和频域分析两种方法。
Ansys产品可以满足时域和频域仿真的各项需求，包括时域的眼图、TDR反射，频域的S参数抽取、串扰扫描等。
1、SYZ参数抽取
可用来提取端口的SYZ参数。SYZ参数在信号的反射与阻抗匹配方面十分重要，通过S参数还可以计算出信号的延时，分析信号传输的谐振等。操作如下：在SIwave中选择需要分析的网络，然后定义端口，设置扫描频率，即可运行仿真。仿真完成后还可将S参数模型导出，以在Circuit Design或者其他软件中使用。
创建端口
设置扫描频率并运行仿真
2、TDR，时域反射
TDR测量是利用信号的反射得到链路中的阻抗变化。阻抗难以通过直接测量得出，但电压可以通过测量得到。阻抗变化会导致被测点电压随着时间变化，根据变化的时间点以及电压大小，可以计算出不同位置的阻抗。
TDR阻抗测量利用信号的反射得到链路中的阻抗变化
TDR的仿真设置如下，先选择需要分析的网络，设置端口和阻抗，设置扫描频率，运行仿真。查看仿真结果。
选择需要分析的网络
设置端口
设置阻抗
仿真设置
TDR仿真结果
3、串扰 Crosstalk
串扰的原因是导体间通过电场与磁场发生耦合，信号线的能量传递到相邻的另一根信号线上，会造成边沿的抖动，幅度噪声，影响信号质量。信号线的两端都会受到影响，其中靠近干扰源的叫做近端，远离干扰源的为远端。
测试的方式是选择相邻两根信号线，添加端口构建一个四端口网络。然后提取网络的S参数，将模型导出。随后在Circuit Design中搭建仿真电路，进行协同仿真。步骤如下：
选择信号线，添加端口
抽取S参数
S参数曲线
导出S参数
在Circuit Design中搭建电路
进行仿真设置，运行仿真。仿真结果如下图，四个曲线分别是输入输出信号，近端和远端串扰。可以观察输出信号的质量，分析串扰的严重程度。
4、眼图
眼图是将不同时段的信号边沿与电压幅度叠放在一起形成的，可以整体上直观地反应时间上的抖动与幅度上的噪声。利用提取的S参数模型在Circuit design中搭建电路，进行时域的仿真，然后查看眼图与信号波形，评估信号的质量。
