一种高速互连系统的仿真设计方法及系统

摘要

本发明提供一种高速互连系统的仿真设计方法及系统，所述方法包括：确定所述高速互连系统各组成部件的参数；根据所述各组成部件的参数调用各组成部件的S参数库文件；根据所述高速互连系统的拓扑组合方式，用调用出来的多个S参数库文件构造所述高速互连系统的整体模型；利用所述高速互连系统的整体模型对所述高速互连系统进行仿真，导出仿真结果。本发明提供的高速互连系统的仿真设计方法和系统，通过对高速串行系统采用按照其拓扑结构分开建模的方式，灵活采用合适的仿真器对高速串行系统的各组成部分进行仿真计算，解决了以往的高速串行系统在整体建模时必须采用相同的仿真器，导致的要么计算时间长，要么准确性不高的缺陷。

权利要求

1.一种高速互连系统的仿真设计方法，其特征在于，所述方法包括：确定所述高速互连系统各组成部件的参数；

根据所述各组成部件的参数调用各组成部件的S参数库文件，其中，所述S参数库文件是通过建立所述高速互连系统的各组成部件的模型库文件，将所述模型库文件存储到S参数库获得；

根据所述高速互连系统的拓扑组合方式，用调用出来的多个S参数库文件构造所述高速互连系统的整体模型；

利用所述高速互连系统的整体模型对所述高速互连系统进行仿真，导出仿真结果；

其中，建立所述高速互连系统的各组成部件的模型库文件，包括：根据所述高速互连系统的各组成部件自身特点建立各自的仿真模型；

选择合适的仿真器进行仿真计算；

将仿真输出的参数模型保存为库文件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述高速互连系统各组成部件的参数的步骤包括：确定高速互连系统的PCB设计要采用的叠层；

根据系统结构，确定传输线总长度、过孔数量和物理尺寸、接插件的数量和型号、以及芯片采用的封装类型；

根据系统特点确定系统各组成部件的位置及组合方式；

确定分段传输线的长度以及分段传输线所处的层面；

根据传输线所处的层面确定过孔的出线方式。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高速互连系统的各组成部件为传输线，则建立传输线的模型库文件的步骤包括：根据传输线的叠层、传输线在PCB板中所处的层面以及传输线的长度分类建立传输线模型；

采用基于电路理论的仿真器对所述的模型进行仿真计算；

将每一种传输线的仿真输出的S参数模型保存为库文件。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高速互连系统的各组成部件为过孔，则建立过孔的模型库文件的步骤包括：根据过孔的物理尺寸、过孔的出线方式以及过孔的叠层分类建立过孔模型；

采用基于电磁场理论的仿真器对所述的模型进行仿真计算；

将每一种过孔的仿真输出的S参数模型保存为库文件。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高速互连系统的各组成部件为接插件，则建立接插件的模型库文件的步骤包括：根据接插件的型号分类建立接插件模型；

采用基于电磁场理论的仿真器对所述的模型进行仿真计算；

将每一种型号的接插件仿真输出的S参数模型保存为库文件。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高速互连系统的各组成部件为芯片封装，则建立芯片封装的模型库文件的步骤包括：根据芯片的型号以及芯片的封装类型分类建立芯片封装模型；

采用基于电磁场理论的仿真器对所述的模型进行仿真计算；

将每一种封装仿真输出的S参数模型保存为库文件。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述S参数库进行维护，增加所述高速互连系统的各组成部件的模型库文件，以及或者对S参数库中的各组成部件的模型库文件的仿真精度进行修改。

8.一种仿真设计系统，用于对高速互连系统进行仿真设计，其特征在于，所述仿真设计系统包括：模型库文件建立单元，用于根据所述高速互连系统的各组成部件自身特点建立各自的仿真模型，选择合适的仿真器进行仿真计算，将仿真输出的参数模型保存为库文件，将所述模型库文件存储到S参数库；

S参数库，用于存储高速互连系统的各组成部件的模型库文件，包括传输线模型库文件、过孔模型库文件、接插件模型库文件以及封装模型库文件；

系统参数确定单元，用于根据高速互连系统的结构确定所述高速互连系统各组成部件的参数；

库文件调用单元，用于根据所述系统参数确定单元确定的高速互连系统的各组成部件的参数调用S参数库中相应的库文件；

系统构建单元，用于根据所述高速互连系统的拓扑组合方式，用调用出来的多个S参数库文件构造所述高速互连系统的整体模型；

仿真单元，利用所述高速互连系统的整体模型对所述高速互连系统进行仿真，导出仿真结果。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：模型库文件维护单元，用于对S参数库中的模型库文件进行修改维护。

说明书

一种高速互连系统的仿真设计方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及通信领域的高速互连信号通道的设计，尤其涉及一种高速互连系统的仿真设计方法。

背景技术

[0002] 当前，在服务器、存储设备、多媒体PC(Personal Computer——个人电脑)系统和网络通信系统的设计中，具有共享特性的并行总线逐渐被高速的点对点串行总线所取代。如XAUI(10 Gigabit Attachment Unit Interface，10G接口单元)、PCI Express(Peripheral Component Interconnect Express，快速外设部件互连标准)等一些串行总线标准接口，可以提供从1.25G到10Gbps甚至更高的信号速率。这些高速率的串行总线既可以提供高速率的传输通道，与并行总线相比，又节省了大量的芯片引脚。 [0003] 然而这些高速率的串行总线需要有高质量的物理通道来保证信号的传输。因此在成品制作之前，借助一定仿真工具和仿真方法对信号通道质量进行预估，成为了高速互连系统设计的必要手段之一。

[0004] 目前常用的高速互连系统仿真设计中，都是建立一个完整的系统模型后再进行仿真计算，如图1所示，其是一个比较完整的高速串行系统结构，其信号通道主要是由源芯片、接收芯片、传输线、过孔、接插件等组成一个完整的信号传输系统。 [0005] 一般，高速串行通信系统都具有复杂结构，在产品设计初期，系统结构经常发生变化，例如图2中所示的过孔的出线方式和传输线叠层变更等，这种局部的变化往往会导致大部分系统甚至整个系统的模型都必须修改，这会花费很多建模时间。同时，这种系统整体建模方式，不容易对局部模型进行调整，例如要提高仿真精度，必须把整个系统都提高精度，而不能针对某个部件提高仿真精度，这也会导致系统的仿真计算花费大量的时间。因此传统的仿真方法一般都需要很长的建模仿真时间，很容易延误产品的研发周期。 [0006] 另外，目前的仿真器基本上是采用基于电路理论的计算方法和基于电磁场理论的计算方法，电路理论的计算方法的特点是计算时间短，但准确性在高频段偏低；电磁场的计算方法在高频段的准确性高，但对计算机要求高，且计算时间偏长。如果高速串行系统整体建模，整个系统就必须采用相同的仿真器，这样就会导致要么计算时间长，要么准确性不高。因此，这种仿真建模方法不能灵活采用合适的仿真器进行仿真计算，会导致有些系统仿真准确性不高。

[0007] 所以对于结构复杂、速率不断增加的高速互连系统，传统的仿真设计方法已经不适应了。

[0008] 发明内容

[0009] 本发明的主要目的在于提供一种针对高速互连系统新的仿真设计方法，以解决传统仿真方法面临的问题。

[0010] 本发明的上述目的是通过如下技术方案实现的：

[0011] 一种高速互连系统的仿真设计方法，所述方法包括：确定所述高速互连系统各组成部件的参数；根据所述各组成部件的参数调用各组成部件的S参数库文件，其中，所述S参数库文件是通过建立所述高速互连系统的各组成部件的模型库文件，将所述模型库文件存储到S参数库获得；根据所述高速互连系统的拓扑组合方式，用调用出来的多个S参数库文件构造所述高速互连系统的整体模型；利用所述高速互连系统的整体模型对所述高速互连系统进行仿真，导出仿真结果。其中，建立所述高速互连系统的各组成部件的模型库文件，包括：根据所述高速互连系统的各组成部件自身特点建立各自的仿真模型；选择合适的仿真器进行仿真计算；将仿真输出的参数模型保存为库文件。

[0012] 一种仿真设计系统，用于对高速互连系统进行仿真设计，所述仿真设计 系统包括：模型库文件建立单元，用于根据所述高速互连系统的各组成部件自身特点建立各自的仿真模型，选择合适的仿真器进行仿真计算，将仿真输出的参数模型保存为库文件，将所述模型库文件存储到S参数库；S参数库，用于存储高速互连系统的各组成部件的模型库文件，包括传输线模型库文件、过孔模型库文件、接插件模型库文件以及封装模型库文件；系统参数确定单元，用于根据高速互连系统的结构确定所述高速互连系统各组成部件的参数；库文件调用单元，用于根据所述系统参数确定单元确定的高速互连系统的各组成部件的参数调用S参数库中相应的库文件；系统构建单元，用于根据所述高速互连系统的拓扑组合方式，用调用出来的多个S参数库文件构造所述高速互连系统的整体模型；仿真单元，利用所述高速互连系统的整体模型对所述高速互连系统进行仿真，导出仿真结果。 [0013] 本发明提供的高速互连系统的仿真设计方法和系统，通过对高速串行系统采用按照其拓扑结构分开建模的方式，灵活采用合适的仿真器对高速串行系统的各组成部分进行仿真计算，解决了以往的高速串行系统在整体建模时必须采用相同的仿真器，导致的要么计算时间长，要么准确性不高的缺陷。

[0014] 附图说明

[0015] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

[0016] 图1为高速串行系统的组成示意图；

[0017] 图2为PCB的叠层示意图；

[0018] 图3为本发明高速互连系统的方法流程图；

[0019] 图4为传输线建模示意图；

[0020] 图5为过孔物理尺寸示意图；

[0021] 图6A-图6C为各种组合的高速互连系统的示意图；

[0022] 图7为本发明仿真设计系统组成框图。

[0023] 具体实施方式

[0024] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

[0025] 这里为了使本发明便于理解，先对本发明涉及的一些技术用语进行简单介绍如下：

[0026] PCB板，一般是由表面信号层，如顶层信号层和底层信号层、内层信号层、地层、介质层，如由绝缘材料组成叠加而成，其中信号层用过孔连接起来，如图2所示； [0027] 传输线，用于传递电信号的铜线，如图2中的表层信号层铜线和内层信号层铜线； [0028] 过孔，用于信号层切换的电气通路，其内壁附有铜，具有导通性，如图2所示，顶层的信号层的铜线和底层的信号层铜线由过孔连接起来，而不需要跟过孔连接的层面，其铜线(或者铜皮)跟过孔保持一定距离，如图2中的地层，在PCB板中，过孔可以作为任意层铜线(铜皮)的连接；

[0029] 接插件，用于PCB板与PCB板之间的电信号连接的物体；

[0030] 过孔的出线方式，表示过孔跟所连接的信号层组成的信号传递通路，如图2中的过孔出线方式是信号从顶层信号层传递到底层信号层，或者是从底层信号层传递到顶层信号层；

[0031] 点对点拓扑，只有一个发送源，且只有一个接收，中间的信号通道没有任何分叉的系统结构；

[0032] 封装，相当于芯片的保护盒，用来包装芯片，并将芯片内部的电路管脚，用导线接引到外部接头处，以便与其它器件连接，同时保护芯片免受损伤；

[0033] 叠层，PCB板中信号层、地层、介质层的叠加组合方式；

[0034] S参数，散射参数(Scattering-parameter)，一种用于描述电压的参数量。 [0035] 本发明实施例提供一种高速互连系统的仿真设计方法，以下结合附图对 本实施例进行详细说明。

[0036] 图3为本实施例的仿真设计方法流程图，请参照图3，本实施例的仿真设计方法包括下列步骤：

[0037] 101：确定所述高速互连系统各组成部件的参数；

[0038] 高速串行总线系统的组成虽然复杂多变，但是其拓扑却是极其简单的点对点拓扑，基于这个特点，本发明将高速串行总线系统的信号通道进行拆分，并分成如下几个部件：传输线；过孔；接插件；以及封装，包括源芯片封装和接收芯片封装。对于拆分出来的部件，根据其自身特点建立各自的仿真模型，然后选择合适的仿真器进行仿真计算，并将仿真输出的参数模型保存为库文件。其中，各部件的建库方式如下：

[0039] 传输线：

[0040] 传输线的建模参数主要有线宽、铜厚、线间距、线长、传输线所处的介质以及传输线与参考层(如图2中的地层)的距离。只要确定了叠层和传输线在PCB板中所处的层面以及线长，传输线的建模参数就可以确定。因此本发明根据不同的叠层、不同的层面和不同的长度来对传输线分类建模，且每一种传输线的仿真输出的S参数模型作为一个库文件保存。由于传输线可以当着二维器件建模，因此根据其结构简单的特点，在高频段可以使用基于电路理论仿真计算的软件，即基于电路理论的仿真器进行仿真计算。 [0041] 下面对传输线的仿真过程进行说明，这里需要说明的是，仿真是本领域的惯用技术手段，其他部件的仿真过程类似，在此省略其他部件仿真过程的说明。 [0042] A.首先，根据传输线的特点，选择一种二维仿真器；

[0043] 请参照图4，假设传输线长度为l，如果假定在传输线的长度方向上保持不变，那么在建模时，可以只向仿真器(仿真软件)输入传输线的横截面结构信息和长度信息，如图4所示，传输线横截面的结构参数包含：传输线的线宽w、铜厚t以及与地层的距离h。 [0044] B.调用仿真器库自带的传输线器件模型；

[0045] C.在器件模型中设置叠层信息，确定传输线跟参考层的距离h、介质层材料、传输线材料；

[0046] D.在器件模型中设置传输线线宽、铜厚、线长；

[0047] E.设置激励端口，在频域进行扫描；

[0048] F.仿真完成，输出S参数；

[0049] G.根据传输线的叠层、所处层面、长度对输出的S参数进行标识，并保存为库文件。

[0050] 过孔：

[0051] 请参照图5，过孔的建模参数主要有过孔的焊盘大小、反焊盘大小、钻孔大小、出线方式以及所用的叠层，本发明根据过孔的物理尺寸和出线方式及叠层来分类建立过孔模型，每一种过孔的仿真输出的S参数模型作为一个库文件保存。

[0052] 对于每一种过孔模型，由于具有复杂的三维结构，可以采用基于电磁场理论计算方法的仿真软件进行仿真，以保证系统仿真的准确性。

[0053] 接插件：

[0054] 本发明以接插件型号分类建立接插件模型，每一种型号的接插件仿真输出的S参数模型作为一个库文件保存。

[0055] 对于每一种接插件模型，由于具有复杂的三维结构，可以采用基于电磁场理论计算方法的仿真软件进行仿真，以保证系统仿真的准确性。

[0056] 芯片封装：

[0057] 本发明以芯片型号及封装类型为分类建立芯片封装模型，每一种封装仿真输出的S参数模型作为一个库文件保存。

[0058] 对于每一种芯片封装模型，由于具有复杂的三维结构，可以采用基于电磁场理论计算方法的仿真软件进行仿真，以保证系统仿真的准确性。

[0059] 基于保存于S参数库中的上述高速互连系统的各组成部件的分类模型 库文件，本实施例在确定所述高速互连系统各组成部件的参数时，可以根据系统的结构特点，按照如下的方式确定：

[0060] A.确定系统的PCB设计要采用的叠层；

[0061] B.根据系统结构，确定传输线总长度、过孔的数量、接插件的数量、接插件的型号以及芯片采用的封装类型；

[0062] 高速串行系统是源芯片和接收芯片分布在系统的两端，中间由过孔、传输线、接插件的各种组合而成，图6A-图6C所示为几种不同组合的串行系统的举例。 [0063] C.根据系统特点确定系统各部件的位置及组合方式；

[0064] D.然后确定分段传输线的长度以及分段传输线所处的层面；

[0065] 分段传输线的长度如图6A-图6C中的传输线1、传输线2和传输线3，而分段传输线之和等于系统总的传输线长度。

[0066] E.根据传输线所处的层面确定过孔的出线方式。

[0067] 102：根据所述各部件的参数调用各部件的S参数库文件；

[0068] 在上一步骤中，确定了高速互连系统的系统参数后，就可以根据上一步骤确定的系统参数，到S参数库中调用相应的库文件。

[0069] 需要说明的是，对于建立起来的S参数库，可以不断的进行库维护。如添加新的模型；对原模型的仿真精度的修改等等。

[0070] 103：根据所述高速互连系统的拓扑组合方式，用调用出来的多个S参数库文件构造所述高速互连系统的整体模型；

[0071] 由于高速互连系统的组合方式有多种，如图6A-图6C所示，因此，首先要确定高速互连系统的组合方式，才能根据该组合方式，用调用出来的S参数分类模型构造该高速串行系统的整体模型，以准备进行全系统的仿真。

[0072] 104：利用所述高速互连系统的整体模型对所述高速互连系统进行仿真，导出仿真结果。

[0073] 本步骤是进行全系统的仿真，导出仿真结果，跟设计要求对比，如满足 要求，则仿真设计结束。如不满足要求，可以调整系统结构，如过孔数量、传输线长度、系统的叠层等，再调用新的S参数模型继续仿真，直到符合要求。

[0074] 本发明提供的高速互连系统的仿真设计方法，通过对高速串行系统采用按照其拓扑结构分开建模的方式，灵活采用合适的仿真器对高速串行系统的各组成部分进行仿真计算，解决了以往的高速串行系统在整体建模时必须采用相同的仿真器，导致的要么计算时间长，要么准确性不高的缺陷。

[0075] 本发明实施例还提供一种仿真设计系统，用于对高速互连系统进行仿真设计，以下结合附图对本实施例进行详细说明。

[0076] 图7为本实施例的仿真设计系统的组成框图，请参照图7，本实施例的仿真设计系统包括：

[0077] S参数库71，用于存储高速互连系统的各组成部件的模型库文件，包括传输线模型库文件、过孔模型库文件、接插件模型库文件以及封装模型库文件； [0078] 系统参数确定单元72，用于根据高速互连系统的结构确定所述高速互连系统各组成部件的参数；

[0079] 库文件调用单元73，用于根据所述系统参数确定单元72确定的高速互连系统的各组成部件的参数调用S参数库71中相应的库文件；

[0080] 系统构建单元74，用于根据所述高速互连系统的拓扑组合方式，用调用出来的多个S参数库文件构造所述高速互连系统的整体模型；

[0081] 仿真单元75，利用所述高速互连系统的整体模型对所述高速互连系统进行仿真，导出仿真结果。

[0082] 本实施例的仿真设计系统还包括：

[0083] 模型库文件建立单元76，用于建立所述高速互连系统的各组成部件的模型库文件，并保存到S参数库71。

[0084] 模型库文件维护单元77，用于对S参数库71中的模型库文件进行修改 维护。 [0085] 对于各组成部件的工作流程已在前一实施例中做过说明，在此不再赘述。 [0086] 本发明提供的高速互连系统的仿真设计系统，通过对高速串行系统采用按照其拓扑结构分开建模的方式，灵活采用合适的仿真器对高速串行系统的各组成部分进行仿真计算，解决了以往的高速串行系统在整体建模时必须采用相同的仿真器，导致的要么计算时间长，要么准确性不高的缺陷。

[0087] 总之，通过本发明提供的仿真设计方法和系统，可以达到如下有益效果： [0088] 1.当新建一个系统模型或者是系统模型发生变化时，只需调用相应的库文件，就可以完成系统的建模，大大的节省了建模的时间；

[0089] 2.通过S参数库的维护，可以方便的对某个部件进行仿真分析，而不会涉及到系统的其它构件，既节省了仿真时间，又可以提高部件的仿真精度；

[0090] 3.可以方便为各个部件选择合适的仿真器，提高了仿真结果的准确性； [0091] 4.对系统各部件采用库文件的管理方式，极大的提高了部件模型的利用率，节省了大量的模型建立和仿真计算时间。

[0092] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。