基于Siwave的PCB EMMC信号波形与眼图仿真-Die波形仿真与考虑封装耦合的波形仿真

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0、前言

最近对信号完整性（SI）、功率完整性（PI）比较感兴趣，博主六年前上本科时也是一个画板子好手，平时用AD软件搞点FR4的简单嵌入式的电路板子玩玩，几十兆的时钟玩得不亦乐乎，放在现在真的是out了。

现在像模像样的高大上的板子基本时钟频率非常高，板子上CPU和高速内存对电源、信号线有许多的要求，在实际投板前需要进行信号完整性（SI）、功率完整性（PI）的仿真，因此来学习一下下。学习资料是于博士的书籍《信号完整性揭秘》，还有配套的视频啥的，非常好用，简单开坑记录下。

Siwave是Ansys旗下的软件，专门用于SI和PI的仿真，之前用它家的HFSS非常多，这次也来尝尝鲜。软件的下载可以去老吴那边下载：Ansys EM 2025 R2 电磁仿真安装包已发布。

1、Die波形查看

1.1、单信号线S参数仿真

书接上回，基于Siwave的PCB EMMC信号波形与眼图仿真中使用向导就行了仿真，是把芯片的好多引脚一起进行的，工程量比较大。这边以单个信号线EMMC0_DAT0信号线为例，构建仿真案例。找到之前向导生成的端口，删除无关的，留下DAT0的：

删除后如下所示：

设置仿真器，仿真频率沿用基于Siwave的PCB EMMC信号波形与眼图仿真的进行设置，启用SNP文件导出：

设置完成后点击Launch：

仿真完成后在文件夹下得到S2P文件：

1.2、工程搭建

打开Ansys Electronics Desktop，也就是HFSS的入口：

选择Circuit选项：

选择None：

1.3、原理图搭建

1.3.1、S2P导入

打开后保存一下工程，插入刚刚仿真得到的s2p文件：

1.3.1、激励源的插入与设置

激励源按照如下进行设置，其中，100MHz的数据率，UI设置为10ns。上升沿和下降沿时间设置为10ps，是比较理想的情况。码型设置为PRBS，长度设置为7：

然后加入并重命名一个网络名称：

1.3.2、驱动器的IBIS模型导入

下面插入驱动器的IBIS模型：

选择EMMC0_DATA0进行导入：

插入后旋转一下，然后连接一下：

双击驱动器进行设置，设置正确的模型，并链接到外部的激励源：

1.3.3、接收端的IBIS模型导入

下面放置接收端的：

导入dat0：

先全部连接一下：

修改接收端的配置：

1.3.4、插入探头与波形查看

先插入电压探头，插入步骤如下：

测眼图的也加上：

1.4、添加仿真器

1.4.1、瞬态仿真器

添加步骤如下：

设置步长和停止时间，这个主要和时钟频率相关，此处50MHz的时钟，每个周期是20ns，因此仿真25个周期，步长10ps可以清晰查看到瞬态的波形变化：

1.4.2、眼图仿真器

添加步骤如下：

无需额外设置，直接OK：

1.5、仿真与结果查看

启动仿真：

1.5.1、电压波形查看

按照如下步骤添加：

按照如下步骤配置，先查看Probe上面的波形：

结果如下：
把Die上的波形一起添加进来：

可以看到几乎是重合的：

1.5.2、眼图查看

按照下面步骤选择：

注意要选择眼图求解器：

结果如下：

2、Package考虑封装仿真

2.1、工程搭建

2.1.1、SNP导入

书接上回，基于Siwave的PCB EMMC信号波形与眼图仿真中使用向导就行了仿真，是把芯片的好多引脚一起进行的，把所有引脚的仿真数据导出SNP文件：

导入后加上对应的网络名称，如下所示：

2.1.2、激励时钟设置

基于Siwave的PCB EMMC信号波形与眼图仿真中使用向导就行了仿真，对DAT、CLK、CMD的时钟都详细说明了：

项目	设置值	原理说明
Source-Data	PRBS	数据线用伪随机序列，模拟真实DDR数据流，用于评估ISI、串扰和眼图
Source-CLK	Custom Bit 1010	时钟用固定交替序列（1010），形成稳定周期方波，保证参考时序
Source-CMD	PRBS	命令线为单边信号况

此处添加这些激励源，按照参数设置即可：

2.1.3、输出ibis设置

齐刷刷的排练好了啊：

值得注意的是，要用不同的时钟。DAT的用EYESRC_DATA，CMD要用EYESRC_CMD，CLK要用EYESRC_CLK，可以参考我的工程进行设置：

2.1.4、接收端的ibis设置-Package模型

导入ibis的时候，按照如下勾选上，把所有的DAT信号和CMD、CLK也选上：

设置的时候，选择查看die上的波形，Buffer类型设置为输入，所有的引脚都改一遍：

2.1.4、接收端的ibis设置-Pin模型

搭建好的复制一份，重命名为PIN：

ibis导入的时候，配置和之前导入Package时候类似，但是不要选择Use Package Model:

设置的时候，选择查看die上的波形，Buffer类型设置为输入，所有的引脚都改一遍：

2.2 仿真器设置

用这个就行：

2.3 结果窗口创建

如下设置创建结果窗口：

2.4 考虑Package和PIN上波形对比

可以看到，考虑package耦合后，波形失真更加严重了：