使用Hermes软件实现eDP高速信号电磁场仿真抽取S参数的应用
前言
随着显示分辨率的提高，传统的vga、dvi等接口已经无法满足人们对视觉的需求。传统的内部接口是lvds，但随着高分辨率显示需求的升级，性能指标已捉襟见肘。display内部接口edp(embedded displayport)随之诞生，未来有取代lvds的趋势。
嵌入式displayport，又称edp，是于2008年首次发表的一个新的影像传输介面标准。该接口已广泛应用于笔记本电脑、平板电脑、手机等其它集成显示面板和图像处理器的领域。edp1.4规范中每条lane的速率最大为5.4gbps，最小为1.62gbps，随着传输速率的提高，封装设计的难度大大增加，因此需要借助电磁场仿真技术对edp信号的电性能进行预判。
本文介绍了使用芯和半导体hermes软件，实现edp高速信号电磁场仿真抽取s参数的应用。并在文章最后使用芯和半导体snpexpert，对仿真结果进行了分析。
hermes建模及仿真流程
1.导入设计文件
hermes支持导入多种格式的layout设计文件，包括cadence的.mcm/.sip/.brd、odb++以及gds文件，同时提供了lead frame流程，可导入dxf文件进行建模。本案例中导入了.brd文件进行建模，如图1，点击layout导入后，软件会自动生成相应的3d模型，此模型已将叠层信息自动导入。
图1：导入brd文件建立3d模型
2. stackup及material设置
在project manger下，点击stackup可以修改堆叠厚度及材料属性。软件支持建立材料库，库文件可以导入导出，实现材料库的共享。介电材料支持非频变及频变模型。频变模型包括djordjevic-sarkar模型及multipole debye模型。如图2所示。
图2：stackup及material设置
3. 模型切割与添加rlc及port
hermes支持automatic/rectangle/polygon三种方式进行切割建模。在本案例中，采用了rectangle的方式，切割出的模型如下图3右侧所示。因edp信号中加入了c=100nf的电容，所以在hermes中通过选中电容两端的pad添加电容参数，如图3左侧所示。hermes支持添加多种类型的port，如wave port/coax port/lumpedport/annular port。在本案例中，因发送端与接收端都是smd引脚，因此添加了lumped port。
图3：切割后的模型&rlc模型参数
4.仿真环境设置
在本案例中，针对edp信号5.4gbps传输速率，将扫频范围设置在0.01g~20g，选择了adaptive mesh，如下图4所示。在精度保持一致的情况下，adaptive模式比balanced模式仿真速度快。同时，hermes支持多核多线程计算，更进一步提高了仿真效率。设置好网格及求解器之后，可以在使用hermes的fem3d求解器求解，也可导出到hfss进行求解。
图4：仿真环境设置
5.仿真结果查看
仿真完成后，将生成的s参数文件导入到芯和snpexpert工具中查看rl、il及tdr，如下图5所示。从tdr曲线可以看出，此案例中，信号线中间区域出现严重的阻抗不匹配的问题。查看layout时发现，是因为电容的pad直接参考了相邻层作为地回路。因此，需要对电容参考层做进一步挖空处理等优化设计。
图5：edp差分信号rl、il及tdr曲线
总结
本文介绍了一种通过芯和半导体的hermes工具对pcb中的edp信号进行建模仿真的方法。通过导入设计文件，选中edp信号切割后，可快速建立3d模型。然后，通过选中电容pad添加电容参数，设置端口及仿真环境后，调用hermes中的fem3d算法进行求解。最后，在芯和半导体snpexpert中查看结果，找出阻抗不匹配的问题。本案例体现了芯和半导体hermes工具便捷的流程及高效的求解算法，可以简化用户的操作步骤，极大地提高用户的工作效率。
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嵌入式displayport，又称edp，是于2008年首次发表的一个新的影像传输介面标准。该接口已广泛应用于笔记本电脑、平板电脑、手机等其它集成显示面板和图像处理器的领域。edp1.4规范中每条lane的速率最大为5.4gbps，最小为1.62gbps，随着传输速率的提高，封装设计的难度大大增加，因此需要借助电磁场仿真技术对edp信号的电性能进行预判。
本文介绍了使用芯和半导体hermes软件，实现edp高速信号电磁场仿真抽取s参数的应用。并在文章最后使用芯和半导体snpexpert，对仿真结果进行了分析。
hermes建模及仿真流程
1.导入设计文件
hermes支持导入多种格式的layout设计文件，包括cadence的.mcm/.sip/.brd、odb++以及gds文件，同时提供了lead frame流程，可导入dxf文件进行建模。本案例中导入了.brd文件进行建模，如图1，点击layout导入后，软件会自动生成相应的3d模型，此模型已将叠层信息自动导入。
图1：导入brd文件建立3d模型
2. stackup及material设置
在project manger下，点击stackup可以修改堆叠厚度及材料属性。软件支持建立材料库，库文件可以导入导出，实现材料库的共享。介电材料支持非频变及频变模型。频变模型包括djordjevic-sarkar模型及multipole debye模型。如图2所示。
图2：stackup及material设置
3. 模型切割与添加rlc及port
hermes支持automatic/rectangle/polygon三种方式进行切割建模。在本案例中，采用了rectangle的方式，切割出的模型如下图3右侧所示。因edp信号中加入了c=100nf的电容，所以在hermes中通过选中电容两端的pad添加电容参数，如图3左侧所示。hermes支持添加多种类型的port，如wave port/coax port/lumpedport/annular port。在本案例中，因发送端与接收端都是smd引脚，因此添加了lumped port。
图3：切割后的模型&rlc模型参数
4.仿真环境设置
在本案例中，针对edp信号5.4gbps传输速率，将扫频范围设置在0.01g~20g，选择了adaptive mesh，如下图4所示。在精度保持一致的情况下，adaptive模式比balanced模式仿真速度快。同时，hermes支持多核多线程计算，更进一步提高了仿真效率。设置好网格及求解器之后，可以在使用hermes的fem3d求解器求解，也可导出到hfss进行求解。
图4：仿真环境设置
5.仿真结果查看
仿真完成后，将生成的s参数文件导入到芯和snpexpert工具中查看rl、il及tdr，如下图5所示。从tdr曲线可以看出，此案例中，信号线中间区域出现严重的阻抗不匹配的问题。查看layout时发现，是因为电容的pad直接参考了相邻层作为地回路。因此，需要对电容参考层做进一步挖空处理等优化设计。
图5：edp差分信号rl、il及tdr曲线
总结
本文介绍了一种通过芯和半导体的hermes工具对pcb中的edp信号进行建模仿真的方法。通过导入设计文件，选中edp信号切割后，可快速建立3d模型。然后，通过选中电容pad添加电容参数，设置端口及仿真环境后，调用hermes中的fem3d算法进行求解。最后，在芯和半导体snpexpert中查看结果，找出阻抗不匹配的问题。本案例体现了芯和半导体hermes工具便捷的流程及高效的求解算法，可以简化用户的操作步骤，极大地提高用户的工作效率。
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