基于Hyperlynx的板级信号完整性仿真笔记(实用)

基于Hyperlynx高速PCB串扰及差分信号分析李倩茹【摘要】针对印制电路板信号传输过程中的串扰和差分对阻抗匹配等问题,提出了具体改善信号完整性的措施和方案.利用Hyperlynx软件和Ansoft HFSS软件对ADV7390视频编码器进行了大量的仿真分析,通过采取端接、减小介质厚度、匹配阻抗、优化布线等措施对其结构进行了优化,并进一步验证了差分对的阻抗匹配的合理性.研究结果表明,仿真过程解决了系统中存在的诸多信号完整性问题,为改善和优化编码器的性能提供了理论依据.%In view of the crosstalk and impedance matching of the differential signal in signal transmission of printed-circuit board (PCB),the specific plan has been put forward to improve the signal integrity.A great quantity of simulation analyses are operated on ADV7390 video encoder by using Hyperlynx software and Ansoft HFSS software.Its structure has been optimized by taking measures such as connecting resistors,decreasing medium thickness,matching impedance,and optimizating circuit,etc.Besides,the rationality of the impedance matching for the differential signal is validated.The research results show that many signal integrity problems are solved in the simulation,which provides a theoretical basis for improving and optimizing the property of the encoder.【期刊名称】《石家庄铁道大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(031)002【总页数】6页(P82-87)【关键词】印制电路板;串扰;差分信号;信号完整性;Hyperlynx【作者】李倩茹【作者单位】河北农业大学教务处,河北保定071001【正文语种】中文【中图分类】TN911.40 引言高速电路的不断发展使得电子设备的时钟频率早已迈向了GHz的时代，对于绝大多数电子产品来说，当时钟频率超过100 MHz时，信号传输过程中产生的干扰问题就不能被忽略了。

hyperLynxVX25PCB仿真contents •仿真概述与目的•仿真工具与平台介绍•PCB模型建立与参数设置•仿真分析与结果解读•仿真在PCB设计中的应用案例•仿真流程优化与经验分享目录仿真概述与目的仿真定义及作用仿真定义仿真是指通过计算机技术和数值计算方法，对实际系统或过程进行模拟、分析和预测的技术。

仿真作用在PCB设计中，仿真可以帮助工程师在设计阶段预测和评估电路板的性能，从而优化设计方案，减少设计迭代次数，降低成本和风险。

预测电路板性能通过仿真分析，预测电路板在实际工作条件下的电气性能、热性能等关键指标。

优化设计方案根据仿真结果，对电路板设计方案进行优化，提高电路板的性能和可靠性。

减少设计迭代次数通过在设计阶段进行仿真分析，可以减少后续实验验证和修改设计的迭代次数，提高设计效率。

hyperLynxVX25PCB仿真目标降低实验成本仿真分析可以减少实验验证的次数和规模，从而降低实验成本和时间成本。

增强产品竞争力通过优化设计方案和提高设计质量，可以增强产品的竞争力和市场占有率。

加速设计进程通过在设计阶段进行仿真分析，可以加速设计进程，缩短产品开发周期。

提高设计质量通过仿真分析，可以在设计阶段发现和解决潜在问题，提高电路板的设计质量。

仿真在PCB 设计中的重要性仿真工具与平台介绍hyperLynx仿真工具简介hyperLynx是一款专业的PCB仿真软件，用于对电路板设计进行信号完整性、电源完整性和电磁兼容性分析。

该工具提供了丰富的仿真功能和强大的分析能力，可帮助工程师在设计阶段预测并解决潜在问题。

hyperLynx支持多种PCB设计软件的数据格式，方便用户导入设计文件并进行仿真分析。

VX25PCB平台功能特点01VX25PCB是一款先进的PCB设计平台，具有高性能、高可靠性和易用性等特点。

02该平台提供了全面的设计工具和功能，包括原理图设计、布局设计、布线设计、库管理等。

03VX25PCB支持多层板设计，具备强大的自动布线和手动布线功能，可满足复杂电路板的设计需求。

Tutorial 使用说明书2002-5-20w ww.ed a365.co mTUTORIAL 使用说明书 1 第一章 LINESIM3 1.1 在L INE S IM 里时钟信号仿真的教学演示3 1.1.1使用 F ILE /O PEN L INE S IM F ILE 加载例题 "CLOCK.TLN"3 1.1.2 点击“S COPE /S IM MENU ”选择“R UN S COPE ”出现数字示波器。

3 1.1.3 采用终接负载的方法修正时钟网络4 1.1.4 采用IBIS 方法的系列终端仿真。

4 1.1.5 利用终端“W IZARD ”功能寻找最佳终接数值。

5 第二章 时钟网络的EMC 分析6 2.1 对是中网络进行EMC 分析6 第三章 LINESIM'S 的干扰、差分信号以及强制约束特性7 3.1 “受害者”和 “入侵者” 7 3.2如何定线间耦合。

7 3.3 运行仿真观察交出干扰现象8 3.4 增加线间距离减少交叉干扰（从8 MILS 到 12 MILS ） 8 3.5 减少绝缘层介电常数减少交叉干扰 8 3.6 使用差分线的例子（关于差分阻抗） 8 3.7 仿真差分线9 第四章 BOARDSIM104.1 快速分析整板的信号完整性和EMC 问题 10 4.2 检查报告文件：报告文件中使用搜索违反信号完整性的地方。

10 4.3 对于时钟网络详细的仿真 10 4.4 运行详细仿真步骤： 10 4.5 时钟网络CLK 的完整性仿真 11第五章 关于集成电路的MODELS 13 6.1 模型M ODELS 以及如何利用T ERMINATOR W IZARD 自动创建终接负载的方法 13 6.2 修改U3的模型设置（在EASY.MOD 库里CMOS,5V,FAST ） 13 6.3 选择模型（管脚道管脚）C HOOSING M ODELS I NTERACTIVELY （交互）, P IN -BY -P IN 13 6.4 搜寻模型（F INDING M ODELS (THE "M ODEL F INDER "S PREADSHEET ) 14 6.5 例子：一个没有终接的网络 14w ww.ed a365.co mHyperLynxHyperLynx 是高速仿真工具，包括信号完整性（signal-integrity ）、交叉干扰（crosstalk ）、电磁屏蔽仿真（EMC ）。

串扰仿真分析：
根据无损传输线特征阻抗公式计算得到特征阻抗为62欧姆。

图中三条传输线均是在第三层的带状线，其传输速度由ns inch v r r /8.11ε=
计算得到
5.69inch/ns.在12inch 的传输线上传输延迟则为2.108ns.
三条传输线的驱动端和接收端信号均一样。

TL2驱动端设置了保持输出为低电平，如图上显示的0所示。

对TL1，TL3对TL2的串扰仿真如下图1、图2所示.图中只显示了u2端信号。

U2.3和U2.1信号完全相同，曲线重合。

图1
如图1所示，TL1和TL3延迟约2.2ns（对应上述的计算结果）。

TL2驱动端设置了保持输出为低电平，故在TL1和TL3对其产生串扰前TL2保持低电平不变。

一旦其来到，TL2即刻（仿真图上显示TL2产生串扰的时间比TL1和TL3到来的时间延迟约100ps）产生串扰信号。

图2
图2显示串扰的较长时间波形。

显示的结果表明U2.2比U2.1和U2.3延迟。

此处的问题是串扰信号产生的延迟时间如何计算？通过波形图还可以得出U2.1和U2.3对串扰信号U2.2峰峰值产生叠加作用（此处是否是叠加，有待确认）。

图3
经过一定时间后信号衰减至0.
分别观察TL1、TL2、TL3驱动端和接收端的信号波形，如下图4、图5、图6所示(这些是截图显示的，上图是复制保存的)：
图4思考：串扰之后为什么U2.1得到负电平信号？
图5思考：U2.1U2.3上的信号如何串扰到U2.2上的/?
图6
如果修改耦合方向couping direction则耦合结果会是什么样的呢？下一篇将一起探讨。

Hyperlynx使用方法整理一、从PCB中生成.HYP文件。

在菜单栏点击tools，在下拉菜单中点击BoardSim，更加需要对界面调整如下图，Unrouted选项：设置不走线的平面，因为电源层走线不设置？不明白？Plane areas and copper pours：两个选项导出的文件没有发现不一样？二、在BoardSim中编辑叠层和线宽当BoardSim调入一块板子的时候，它会自动检查。

HYP文件中关于叠层的数据，如果存在叠层记录，BoardSim 就会据此建立一个叠层设置方案。

如果有错误或不完整，BoardSim 会运行Stackup Wizard来修正叠层设置。

简单介绍BoardSim会怎样来修正叠层：1. 如果根本就没有任何叠层信息，Stackup Wizard会做如下处理：根据所有的走线用到的层来建立信号层并命名。

在信号层间插入电介质层将信号层的厚度设为默认值将介质层的厚度和电介质常数设为默认值提醒你目前仍然没有平面层2。

如果没有平面层，Stackup Wizard会报告错误，但是不会自动添加平面层，需要手动添加平面层。

如果至少存在一个平面层，但有丢失的平面层，Wizard不会显示错误。

3。

如果缺少介质层，Stackup Wizard会报告这一情况，同时会自动在信号层间添加介质层，介质层厚度和电介质参数采用默认值。

4。

如果有厚度为零的层，Stacku Wizard 会自动改变这层的厚度为默认值。

如下图在setup中或是点图标编辑叠层。

根据板厂的叠层信息设置下图中的各个项目。

三、编辑默认的标识映射规则在菜单Opt ions中选择Reference Designa tor Mapping ，出现编辑标识映射窗口，在M appings 区域中对默认的映射规则进行了列表，从中选中要改变的映射。

1. 在Edit/ add s elected mapping 区域，选择不同的器件类型，然后点击Add/Apply 按钮，Mappings区域的列表中就进行了改变。

华为Hyperlynx仿真教程培训1.引言华为Hyperlynx仿真教程培训旨在帮助工程师熟练掌握Hyperlynx仿真软件，从而提高信号完整性分析的效率，优化产品设计，确保通信系统的稳定运行。

本教程将系统介绍Hyperlynx软件的基本操作、仿真原理、分析方法及实际应用，帮助学员迅速掌握Hyperlynx仿真技能。

2.Hyperlynx仿真软件简介易学易用：提供直观的图形化界面，方便用户进行操作；高效分析：支持多种仿真算法，可快速完成复杂电路的信号完整性分析；精确预测：基于先进的模型和算法，准确预测信号完整性问题；完善的模型库：提供丰富的无源、有源器件模型，满足不同场景的分析需求；兼容性强：与主流EDA工具无缝集成，方便设计工程师进行电路设计和仿真。

3.Hyperlynx仿真教程培训内容本次培训将围绕Hyperlynx仿真软件的操作流程、仿真原理、分析方法及实际应用展开，具体内容包括：3.1软件安装与界面介绍Hyperlynx软件的安装方法及环境配置；Hyperlynx软件的界面布局及功能模块介绍。

3.2电路搭建与模型创建如何在Hyperlynx中搭建电路；无源、有源器件模型的创建与参数设置；电路连接及布局布线注意事项。

3.3仿真原理与设置信号完整性分析的基本原理；仿真类型及算法介绍；仿真参数设置及优化；网络分析及眼图分析。

3.4分析方法与技巧常见信号完整性问题的识别与解决方法；仿真结果的分析与优化；实际案例分析与讨论。

3.5实际应用与案例分享Hyperlynx在通信系统中的应用；Hyperlynx在高速数字电路设计中的应用；Hyperlynx在射频电路设计中的应用；行业优秀案例分析及经验分享。

4.培训对象与收益本次培训面向从事信号完整性分析的工程师、研发人员、电子工程师等，通过培训，学员将能够：掌握Hyperlynx仿真软件的基本操作；熟悉信号完整性分析的基本原理和方法；提高通信系统、高速数字电路、射频电路等领域的信号完整性分析能力；解决实际工程中的信号完整性问题，优化产品设计。

Hyperlynx使用方法整理一、从PCB中生成.HYP文件。

在菜单栏点击tools，在下拉菜单中点击BoardSim，更加需要对界面调整如下图，Unrouted选项：设置不走线的平面，因为电源层走线不设置？不明白？Plane areas and copper pours：两个选项导出的文件没有发现不一样？二、在BoardSim中编辑叠层和线宽当BoardSim调入一块板子的时候，它会自动检查。

HYP文件中关于叠层的数据，如果存在叠层记录，BoardSim 就会据此建立一个叠层设置方案。

如果有错误或不完整，BoardSim 会运行Stackup Wizard来修正叠层设置。

简单介绍BoardSim会怎样来修正叠层：1. 如果根本就没有任何叠层信息，Stackup Wizard会做如下处理：根据所有的走线用到的层来建立信号层并命名。

在信号层间插入电介质层将信号层的厚度设为默认值将介质层的厚度和电介质常数设为默认值提醒你目前仍然没有平面层2。

如果没有平面层，Stackup Wizard会报告错误，但是不会自动添加平面层，需要手动添加平面层。

如果至少存在一个平面层，但有丢失的平面层，Wizard不会显示错误。

3。

如果缺少介质层，Stackup Wizard会报告这一情况，同时会自动在信号层间添加介质层，介质层厚度和电介质参数采用默认值。

4。

如果有厚度为零的层，Stacku Wizard 会自动改变这层的厚度为默认值。

如下图在setup中或是点图标编辑叠层。

根据板厂的叠层信息设置下图中的各个项目。

三、编辑默认的标识映射规则在菜单Opt ions中选择Reference Designa tor Mapping ，出现编辑标识映射窗口，在M appings 区域中对默认的映射规则进行了列表，从中选中要改变的映射。

1. 在Edit/ add s elected mapping 区域，选择不同的器件类型，然后点击Add/Apply 按钮，Mappings区域的列表中就进行了改变。