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。  

审核编辑：刘清