基于HFSS的高速信号过孔仿真优化.pdf

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1、基于HFSS的高速信号过孔仿真优化[孙岩，艾明哲，黎铁军，胡军，曹跃胜][国防科技大学计算机学院，410073][摘要]在高速信号传输中，过孔对信号质量有着重要的影响，特别是对于10Gbps以上的信号，过孔的设计往往影响整个设计的成败。本文基于ANSYSHFSS工具，主要针对过孔残桩长度、过孔参数和回流地孔的参数进行仿真分析，找到影响过孔性能的主要因素，并根据仿真结果分别进行优化。[关键词]HFSS，高速信号，过孔SimulationandOptimizationofViasonHighSpeedSigna

2、lsBasedonHFSS[SunYan,AiMingzhe,LiTiejun,HuJun,CaoYuesheng][SchoolofComputerScience,NationalUniversityofDefenseTechnology,410073][Abstract]Inhighspeedsignaltransmission,viasmakeansignificantlyimpactonsignalquality.Thequalityofviasdesignwilldeterminesuccesso

3、rnotofwholesystem,especiallyforsignalratesbeyond10Gbps.ThispaperisbasedonANSYSHFSSsimulationtoolandfocusonviastublength,viaparametersandbackflowgroundvias’parameters.Bymeansofsimulation,thispaperwillfindmajorfactorseffectperformanceofvias,andthenoptimizepa

4、rametersaccordingtothesimulationresults.[Keyword]HFSS,HighSpeedSignal,Via1前言过孔是PCB板上具有导电特性的小孔，是PCB中的一种重要的组成元素。过孔在PCB各层之间或者元件和走线之间实现电气连接。由于过孔的特殊结构，使得信号传输路径出现结构上的不连续。在高速信号传输中，这种不连续可能会对信号质量造成非常大的影响，甚至可能导致高速信号传输的失败。因此，在高速信号传输的设计中，需要对过孔进行专门的设计和优化。PCB中常见的过孔主要由孔壁

5、、焊盘和反焊盘组成。过孔的孔壁是为了保证PCB各层之间的电气连接而对钻孔进行填充的导电材料；焊盘的作用把孔壁与元件或走线相连；反焊盘是指过孔焊盘和负片中铜皮之间的间隔。最普通的过孔类型是通孔，之所以称为通孔，是因为它穿过PCB板上的所有层，孔中间填入焊料，任何一个层都可以通过焊盘进行必要的电气连接。图1表示了一个使用HFSS建立的基本通孔结构模型。孔壁焊盘残桩地孔反焊盘图1基本通孔结构模型在过孔的设计中，有三个影响信号质量的重要因素需要仔细确定：一是过孔的残桩（Stub）长度，二是过孔的大小和位置等参数，三

6、是回流地孔的数量和位置。过孔残桩可能导致10Gbps以上的信号严重退化，特别是可能产生严重的谐振和反射；过孔的大小和位置等参数决定了过孔寄生参数的大小，其直接影响过孔的特性；回流地孔的数量和位置对回流路径的影响很大，它也对过孔的性能有着重要的影响。本文主要针对过孔残桩长度、过孔参数和回流地孔的参数进行研究，通过使用ANSYSHFSS对以上三个问题进行仿真，找到影响过孔性能的主要因素，并根据仿真结果分别进行优化。2过孔残桩的仿真优化过孔的残桩对高速信号有极大的影响。为了量化研究残桩长度对高速信号的影响，我们以

7、芯片BGA下方过孔为模型，采用HFSSViaWizard建立过孔模型。该过孔信号为TOP层进，S1层出，入线出线端均无走线。建立变量Stub表示残桩的长度，对Stub进行参数扫描，从0mil~100mil，步长为10mil。得到的仿真结果如图2所示。Stub=0mil10Stub=10mil0Stub=0mil-10Stub=20mil-1Stub=10milStub=30mil-2Stub=20mil-20Stub=40mil-3Stub=30mil-4Stub=40milStub=50mil-30-5S

8、tub=50milStub=60mil-6Stub=60mil-40Stub=70mil-7S11Stub=80milS13Stub=70mil-50Stub=90mil-8Stub=80mil-9Stub=90mil-60Stub=100mil-10Stub=100mil-11-70-12-13-80051015200510152025f(GHz)f(GHz)5654Stub=0mil52Stub=10mil5