毕业设计论文低电压差分信号 (LVDS).doc

黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）摘要低电压差分信号 (LVDS)高速1/0接口单元当前CMOS电路设计中的重要研究。它在减小CMOS芯片内外速度差异、实现高速数据传输方面具有独特的优势和作用。本文重点研LVDS高速1/0接口单元的设计技术，完成一种基于中芯国际0.13umCMOS工艺的 622MbpsLVDs驱动器的设计。论文首先介绍了LVDS接口的基本原理和电特性，通过与其他接口技术进行对比，分析了LVDS接口在高速数据传输应用方面的优势，结合实例给出了LVDS接口电路的设计原则。论文着重分析了几种 LVDSUO接口单元的基本电路结构及其工作原理，给出了用HSPICE工具进行模拟验证的结果。基于中芯国际0.13umCMOS工艺，完成了中芯国际LVDS系列产品中 622MbPsLVDS驱动器的设计，实现了从电路设计、仿真、版图、后仿真优化、一直到最后的流片等整套LVDS产品的开发过程。设计过程参照国际通用标准，保证了产品的通用性。关键词:低电压差分信号 (LVDS)；接口;电流镜；差分放大器;带隙基准。IAbstractLow Voltage Differential Signaling(LVDS)，a high speedl/0interface，1s one important research Problem of reeent CMOS cireuit design.It hasi nimitable superiority and funetion on a chieving high speed datatransfer.In this Paper，researeh on design teehnology of LVDS Shigh speed l/0 interfaee 1s diseussed:It also ceontains a 622MbPs LVDS transmitter design nwhieh 1s based on SMIC 0.13um CMOS arts. In this PaPer，we first introduce the basic Prinei Ple and eleetrieal specification of LVDS inierfaee; by eomParing with other interface teehnology，analyzethes一the sPeriority of LVDS on high sPeed datatransfer.In the article we also analyze some examples ofLVDSI/0interface cireuit sandworking PrineiPleindetail，and give out the simulation results as well as verifieation using HSpICE simulationtool.AceomPlish a 622MbPs LVDS transmitter design，one of Products of SMIC LVDS series，based on SMIC0.13um CMOS arts.Aetualize a total Process of LVDS Produet development from Circuits design，pre一layoutsimulation，layoutdesign，post一layout simulation and Optimize till to the final tapeout.The entire design flow refers to international general Criterion which ensures the general acceptance and use.Keywords:LowVoltage Differential Signaling(LVDS)Inierfaee Current Mirror Differential AmPlifier BandgapII目录摘要IAbstractII第一章绪论11.1 LVDS的概念11.2LVDS技术的特点21.3LVDS的发展及现状21.4 LVDS的典型结构3第二章高速信号传输理论与实现52.1信号完整性52.2 高频传输线上的损耗52.3高速背板链接器62.3.1互感62.3.2串联电感72.3.3寄生电容72.34高速连接器8第三章仿真软件93.1引言93.2微波网络参量103.4HFSS软件的应用过程12第四章LVDS参数设计与仿真134.1关于LVDS迹线端口尺寸的设置134.2 HFSS软件仿真过程以及结果的分析和处理154.2.3创建差分对S参数绘图264.2.4场覆盖图284.3 优化设计参数扫描31参考文献36致谢37第一章绪论1.1 LVDS的概念低电压摆幅的差分信号 (LowvoltageDifferentialsignaling，简称Lvns)又称RS一644总线接口，是20世纪90年代才出现的一种数据传输和接口技术。它使得数据能在差分传输线对或平衡电缆上以几百兆比特/秒的速率传输。LvDS是用于高速数据传输的通用接口标准。该技术的核心是采用极低的电压摆幅高速差动传输数据，可以实现点对点或一点对多点的连接，其传输介质可以是铜质的PCB连线，也可以是平衡电缆。LVDS对信号完整性、低抖动及共模特性要求较高的系统中得到了越来越广泛的应用。目前，流行的LVDS技术规范有两个标准:一个是TIA/EIA(电讯工业联盟/电子工业联盟)的ANSI/TI刀EIA一644标准，另一个是 IEEE1596.3标准。在ANcl/TIA尼 IA2644标准中就建议了 655MbPs的最大速率和 1.923GbPs的无失真媒质上的理论极限速率。图1.1为LVDS的原理简图，其驱动器由一个恒流源(通常为3.smA)驱动一对差分信号线组成。在接收端有一个高的直流输入阻抗(几乎不会消耗电流)，所以几乎全部的驱动电流将流经100Q的终端电阻在接收器输入端产生约35omV的电压。当驱动状态反转时，流经电阻的电流方向改变，于是在接收端产生一个有效的”O“或“1“逻辑状态。 1.2 LVDS技术的特点LVDS技术之所以能够解决目前物理层接口的瓶颈，正是由于其在速度、声/EMl、功耗、成木等方面的优点。高速传输能力:LVDS技术的恒流源模式低摆幅输出意味着LVDS能高速动，例如:对于点到点的连接，传输速率可达800M帅s;对于多点互连FR4背板十块卡作为负载插入总线，传输速率可达40OMbPs。低噪声/低电磁干扰:LVDS信号是低摆幅的差分信号。众所周知，差分数传输方式比单线数据传输对共模输入噪声有更强的低抗能力，在两条差分信号上电流以方向及电压振幅相反，噪声以共模方式同时祸合到两条线上。而接收只关心两信号的差值，于是噪声被抵消。由于两条信号线周围的电磁场也相互抵消，故比单线信号传输电磁辐射小得多。而且，恒流源驱动模式不易产生振铃切换尖锋信号，进一步降低了噪声。低功耗:LVDS器件是用CMOS工艺实现的，这就提供了低的静态功耗;载(100Q终端电阻)的功耗仅为1.Zmw;恒流源模式驱动设计降低系统功耗并极大J一也降低了kc的频率成分对功耗的影响。与其相比，TTL/CMOS收发器动态功耗相对频率呈指数上升。1.3 LVDS的发展及现状1995年11月，以美国国家半导体公司为主推出了ANSFTIAjEIA一644标准1996年3月，IEEE公布了IEEE1596.3标准。这两个标准注重于对LVDS接口的特性、互连与线路端接等方面的规范，对于生产工艺、传输介质和供电电压等没有明确。LVDS可采用CMoS、GaAs或其他技术实现，其供电电压可以从+5到+3.3v，甚至更低;其传输介质可以是PCB连线，也可以是特制的电缆。推荐的最高数据传输速率是655MbPs，而理论上，在一个无衰耗的传输线上，LVDS的最高传输速率可达1.923GbPs。近年来，现代高性能微处理器的速度已经突破了IGHz，芯片间的传输速率也达到儿百兆赫兹，在cMOs电路系统中进行600MbPs以上的信号传输已经不可避免。在众多用于高速数据传输的接口电平形式中，只有LvDS能够实现高速度、低功耗、低噪声以及低成本的结合而无需折衷。因此，国际上对LVDS及其相关产品的研究开发十分活跃，各大公司均推出了LVDS信号的ASICFO接口单元产品系列，如国家半导体公司的DS90、Ds92系列速度达到600MbPs，德州仪器公司的SN65LVDS和SN75LVDs系列速度达到400Mbps600Mbps. FARADAY公司的IJVDST80HgOA和FXLVIX08ollAOA系列速度达到600Mbps左右，富士通公司的CE61、CE71系列的速度也达到了300MHz400MHz。这些产品在高性能计算机、电讯、通讯、显示及消费电子等领域得到广泛的应用。LVDS高速/O接口单元是高性能计算机和通讯电子设备中重要的构件，直接影响到系统性能。但是，国外把这些研究成果都作为核心机密。为了掌握高性能计算机中的这项重要技术，我们必须研究开发具有自主知识产权的 LvDS1/0接口单元。LVDS高速FO接口单元包括LVDS驱动器、LVDS接收器和LVDS偏置单元。1.4 LVDS的典型结构目前LVDS产品主要有美国国家半导体公司全系列的LVDS产品和德州仪器半导体司的LVDS产品系列。美国国家半导体公司这方面更具优势，其产品主要有四种典型结构，是目前数据传输和交换常用的四种方式。LVDS技术的应用领域也日渐普遍。在高速系统内部、系统背板互连和电缆传输应用中，驱动器、接收器、收发器、并串转换器/串并转换器以及其他LVDS器件的应用正日益广泛。接口芯片供应商正推进LVDS作为下一代基础设施的基本构造模块，以支持手机基站、中心局交换设备以及网络主机和计算机、工作站之间的互连。其典型结构:(l)点到点结构。基本的发射和接收结构，用于两点间固定方向信号传输；(2)点到多点结构。广播式总线结构连接多个接收端到一个发送端，常用于数据分配；（3）多点到多点结构。多点互连总线使点到点之问互连降到最少，同时一提供双向，半双工通讯能力，在同一时间，只能有一个发送器工作；（4）矩阵开关结构。通常应用于需要非常高的信号交换通路的系统中，实现全双工通信。对应点到点或点到多点结构，有LvDS线路驱动/接收器和LVDS串行/解串器(Channellink)系列产品。对于多通道、宽带、大动态的数据传输，LVDS串行/解串器将是很好的解决方案。雷达系统中，分系统之间的数据传输，分系统内通过背板的数据传输应用LVDS串行/解串器将大大减少电缆、接插件以及PCB背板的复杂度。这种产品在雷达系统中有很好的应用前景。对应点对多点或多点到多点结构的应用，BusLVDS技术能最好地适应这些应用。BusLVDS、mLVDS线路驱动/接收器系列的扩展，为多点应用场合而设计，这时总线两端都终接电阻。BusLVDS驱动器提供约10mA的输出电流，因而能被用于重负载的背板上，那里的等效阻抗低于100Q，这里驱动器会有30一50。范围的负载。在一些大的数据通信系统中，要构造大的高速背板，LVDS技术是最理想的解决方案。 第二章高速信号传输理论与实现2.1 信号完整性对大多数电子产品而言，当时钟频率超过looMHz或上升边小于nIs时，信号完整性效应就变得重要了，通常将这种情况成为高频领域或高速领域。这些术语意味着在那些互连线对信号不再透明的产品或系统中，如果不小心就会出现一种或多种信号完整性问题。从广义上讲，信号完整性指的是在高速产品中由互连线引起的所有问题。它主要研究互连线与数字信号的电压电流波形相互作用时其电气特性参数如何影响产品的性能。许多信号完整性的噪声问题，比如振铃、反射、近端串扰、开关噪声、非单调性、地弹、电源反弹、衰减、容性负载等。这些都是互连线的电气特性对数字信号波形所造成的不同影响。所有与信号完整性噪声问题有关的效应都与如图2.2.1所示四类特定噪声源中的一个有关。一旦知道噪声的来源，那么找出和解决这种问题的一般方案就很清楚了。2.2 高频传输线上的损耗如果损耗与频率之间没有关系，低频元件和高频元件的衰减肯定是一样的，整个信号波形会按照一致的幅度下降，上升时间停留在以前的水平161。此种情况下，衰减的影响可以在接收器端得到补偿，上升时间、抖动等不会受到衰减的影响而停留在原先状态。但在一个真实有损传输线上传播的信号，高频元件的信号幅度衰减了，而低频元件几乎没有变。由于局部的衰减信号带宽降低了，随之信号上升时间得到增加。这说明导致上升时间衰减的损耗是频率相关的。频率相关损耗和上升时间衰减的重要影响就是码间干扰:位组合的精确波形依赖于经过的前一比特流。这严重影响了在接收端区别高电平和低电平的能力，提高了误码率。当信号在传输线上传播时，有五种途径引起能量损耗:辐射损耗、相邻导线祸合、阻抗失配、导线损耗和介质损耗。辐射损耗对于EMI是重要的，但是与其它损耗相比辐射损耗丢失的能量很小，在有损传输线中几乎没有影响。2.3 高速背板链接器随着镀通孔、叠层、器件和连接器性能的提高，铜背板和连接器技术使得数据传输速率达到千兆位。而连接器仍然是影响数据传输的关键因素，除了必须与己给定芯片兼容外，还影响到印制板布局和机架设计方面的封装。连接器的尺寸、面积、引脚密度和布线能力常常会带来负面的影响。连接器是用来连接子板和母板、传输线和背板的器件，由底座、端子、插针等组成。在设计高速系统中，首要目标是在信号传输路径上阻抗匹配所有组件，最小化信号反射。当阻抗失配时，数字比特流以两倍于传输线长度的传输损耗被反射到源端。反射能量在源端和失配端反弹，直至被材料损耗尽。反射波导致更高阶频率衰减、码间干扰和眼图闭合。一个从子板出发的高速发射信号经过母板传输线到达接收器后，介质损耗和导体损耗都限制了信号完整。而起互连作用的连接器，如果阻抗匹配不好还将增强信号的反射。另外，高速连接器引脚之间的互感、寄生电容以及接触部分的插入损耗，都加重了对信号传输质量的影响。2.3.1 互感连接器中的两个信号引脚电流可能通过同一个地引脚返回，使得两个返回路径重叠而产生感应噪声，这就是连接器两个引脚的互感。产生互感噪声不需要回流路径完全重叠，任何两个相邻电流环都可以相互影响对方。互感是导致串扰的直接原因。为减小引脚间的互感，可以通过接地改变返回电流路径。互感的变化和距离的对数成正比，因此信号与地引脚的距离越小，回流重叠的部分就越小，导致互感的减小。另外可以额外的增加地引脚，且是在信号引脚之间增加，会明显的减小互感，在连接器边沿增加额外的地线作用微乎其微。藕合到连接器的任意线路噪声都来自于其它线路，因此可以减少连接器信号引脚个数就能减少总的串扰。2.3.2 串联电感EMI是由大环路中的信号电流引起的，高频电流流经大的环路时候会辐射出大量电磁能量。EMI设计的主要工作就是使信号流经路径的横截面积达到最小。两个板卡通过一个连接器连接，大部分信号的返回电流从连接器B的接地引脚流过。如果这两个板卡上的源端和接收端还存在其它路径，一部分返回信号电流会通过这些路径返回。正是这部分电流形成串联电感，引起大量的EMI问题。信号返回电流所经过的路径是否唯一，取决于连接器的物理结构和两个板卡所在机箱的结构。返回某个板卡源端的电流只要不经过该连接器，必定会有一个大的环路面积，导致大的EMI问题。基于此种原因，在连接器的设计时就应该消除EMI问题。可以在连接器中多用一些接地引脚，使每一条信号线都靠近地，尽量减小连接器中有效辐射环路面积。还可以将同一母板上的连接器紧密放置，去除远端返回电流的可能。另外，可以延长驱动电路的上升沿时间，降低辐射。对于整个PCB设计而言，可以采用外部连接的方法降低连接在连接器上线缆辐射问题，常用的方法有滤波和屏蔽。如果容许减缓上升时间，就能够对所有输出数字信号进行滤波。屏蔽通过在内部导线周围提供连续的金属防护，使返回信号电流均匀分布在输出信号线路周围，信号和地之间的有效辐射电流环路面积就非常小。2.3.3 寄生电容总线上的每个分支都会影响传输信号的真实程度，随着经过分支的增加，多个连接器寄生电容的积累带来信号畸变。这种畸变与源端连接器串联电感的影响相比较更加严重。因此，在多支路应用中，需要寄生电容非常低的连接器。对于单个分支来讲，集总电容共有3个组成部分:一是连接器引脚间电容及其在PCB上的焊盘电容;二是连接器到源端和接收端的走线电容;三是接收器和驱动器电容。将此三类电容控制到最小可以有效降低每个分支电容。另外，分支负载的放置对集总电容也是有影响的。与电容集中的一点相比，间隔均匀的放置总线分支点，可以减小总线阻抗，降低干扰对信号传播的影响。2.34 高速连接器在一个高速背板互连系统中，连接器在数据传输速度限制上起着重要的作用。在传统背板系统中，连接器常常是不同子系统之间串扰的最大来源。另外，连接器的插入损耗对信号的衰减也起了很大作用。因此，对于10Gb/S的高速数字系统，连接器串扰必须做到尽可能小，要避免一条信号线对另一条线中的信号干扰引起畸变。连接器的引脚密度越大，每层上排列的不同信号数量就越多，因此，这样会有效地减少信号层的数量，从而减小电路板的总厚度。Molex的绝缘置换技术是一个电线终端技术，绝缘电线被压成比导线直径小的接线槽，在终端和导线之间形成一个电气插头。为满足高速互连的需要，有一些特殊连接器专门应用于高速点到点连接。这些连接器内置了接地装置，用于提供低阻抗信号返回路径，以减小信号引脚间的串扰，另外还可以增加引脚对地的寄生电容，抵消引脚的串联电感，保证信号完整性。 第三章仿真软件3.1 引言经过二十多年的发展，HFSS以其无以伦比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，稳定成熟的自适应网格剖分技术使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准，已经广泛地应用于航空、航天、电子、半导体、计算机、通信等多个领域，帮助工程师们高效地设计各种高频结构，包括：射频和微波部件、天线和天线阵及天线罩，高速互连结构、电真空器件，研究目标特性和系统/部件的电磁兼容/电磁干扰特性，从而降低设计成本，减少设计周期，增强竞争力。 HFSS能够快速精确地计算各种射频/微波部件的电磁特性，得到S参数、传播特性、高功率击穿特性，优化部件的性能指标，并进行荣差分析，帮助工程师们快速完成设计并把握各类器件的电磁特性，包括：波导器件、滤波器、转换器、耦合器、功率分配/和成器，铁氧体环行器和隔离器、腔体等。电真空器件设计 在电真空器件如行波管、速调管、回旋管设计中，HFSS本征模式求解器结合周期性边界条件，能够准确地方针器件的色散特性，得到归一化相速与频率关系，以及结构中的电磁场分布，包括H场和E场，为这类器件的设计提供了强有力的设计手段。天线、天线罩及天线阵设计仿真HFSS可为天线及其系统设计提供全面的仿真功能，精确方针计算天线的各种性能，包括二维、三维远场/近场辐射方向图、天线增益、轴比、半功率波瓣宽度、内部电磁场分布、天线阻抗、电压驻波比、S参数等。 目标特性研究和RCS仿真 、高速互连结构设计 。 随着频率的不断提高和信息传输速度的不断提高，互连结构的寄生效应对整个系统的性能影响已经成为制约设计成功的关键因素。MMIC、RFIC、或高速数字系统需要精确的互联结构特性分析参数抽取、HFSS能够自动和精确地提取高速互联结构、片上无源不见及版图寄生效应。 光电器件仿真设计 HFSS的应用频率能够达到光波波段、精确仿真光电器件的特性。3.2 微波网络参量(1)散射参数理论对高速互连进行全波电磁仿真分析之后，通常提取出互连结构的网络参数或等效电路模型，应用微波网络理论将电磁场分析转化为电路分析，对其进行频域和时域分析。表征网络特性的参量可分为两类:一类是反映网络参考面上电压和电流之间关系的参量，如阻抗参量Z，导纳参量Y，转移参量A，主要用于集总电路。另一类是反映网络参考面上入射波电压与反射波电压之间关系的参量，如散射参量S，主要用于分布参数电路。高速的微波领域，必须用分布参数模型来分析，因此S参数在微波网络中得到广泛的应用。在高速互连中，单根的传输线，可以等效为二端口网络，二端口网络s参数的定义可由归一化反射波今(i=1，2)与归一化入射波a，(i=1，2)之间的关系式给出如3.1所示 图3.1式中，s参数矩阵的对角线元素s，l、&2为反射参数(相对应的其它端口匹配时)也就是回波损耗。52，、512表示从一端口到另一端口的传输系数，相对于插损和群延时。如果微波网络为互易网络，S参数有以下特性:Sij=Sji如果微波网络是对称网络各端口的反射系数必须相等，即:Sii=Sjj由此可见，用散射参量来表示网络的电压反射系数和传输系数是非常方便的。(2)混合模S参数理论在高速系统中普遍采用的低压差分信号线对(LowvoltageDiffereniialsignal，LvDS)作为高速数据传输线，因而对差分电路性能的精确测量分析成为重要的问题。差分对传输线也可以利用单端模式下S参数来描述。但差分电路有其特殊性，它除了包含差模共模外还有差共模的转换响应，这里引入基于差/共模两种工作模式传播特性的混合模。(MixedMode)s参数。在高速互连设计中差分互连线可等效为混合模S参数二端口网络。 3.3 HFSS软件简介 Ansoft HFSS 是世界上第一个商业化的三维结构电磁场仿真软件，可分析仿真任意三维无源结构的高频电磁场，可直接得到特征阻抗、传播常数、S参数及电磁场、辐射场、天线方向图等结果。该软件广泛应用于无线和有线通信、计算机、卫星、雷达、半导体和微波集成电路、航空航天等领域，以帮助客户设计世界一流的产品 Ansoft重新定义高频及高速数位设计标准!基于三维电磁场的自动化设计流程进一步缩短高频设计的周期,HFSS基于三维电磁场设计和分 析的电子设计工业标准。 全世界成千上万的工程师利用HFSS设计最先进的电子设备，例如射频(RF)和微波部 件、天线和天线阵列、高速积体电路(Ics)、值得欣 慰的是HFSS软件在提高设计性能和减少制造成本的同时，还大大缩短了研制时间。 (1)概述在HFSS的桌面上，你能找到HFSS的全套功能，这是一个可以完全支持基于三维电磁 场设计的界面。除了直观的视窗特性外，图形项目树提供了广为熟知的HFSS设计流 程的传统风格。利用Ansoftlinks接口设计师可将HFSS和现有的EDA和MCAD设计流结 合起来。利用与 Cadence、Mentor Graphics，Synopsys以及Zuken的接口，还可链 接到外部的设计流，从而支持Hspice、Pspice及Maxwell SPICE 实现精确的宽带电 路仿真。全叁数化的电路模型还可支持在 Ansoft Disigner和其它电路与系统设计 工具中进行精确的高频电路设计。 (2)自动化 HFSS能进行全面的全叁数化设计，从几何结构、材料特性到分析、控制及所有后处 理。该软体强大的叁数化三维建模能力，和高性能的图形能力，大大节省了工程师 的设计时间。直观的分析设置和高级的分析控制确保在全自动化方式下获得设计师 所希望的设计结果。利用 Optimetrics可自动实现最优化和叁数化扫瞄设计，且很 容易在桌面上同一项目树中直接访问进入。在优化设计分析技术中增强了敏感性分 析和统计分析功能，其利用HFSS叁数化分析能力自动设计分析制造公差带来的性能 变化。用户化 . HFSS有多个机制允许工程师们根据自己的需要去制作用户特定的设计流程。视 窗、 对话方块、工具栏、甚至菜单均可被用户通过配量缺省来支持个性化叁数定义。 3.4 HFSS软件的应用过程 以下Ansoft hfss 设计环境。一）三维模型原始几何体：长方体，矩形 布尔函数操作：沿线复制，沿着向量扫描 二）边界激励端口：波端口（wave ports），终端线（terminal lines） 三）分析 扫描：插值 四）结果 基于笛卡尔坐标和smith圆图的图形五）场覆盖 三维场图第四章LVDS参数设计与仿真4.1 关于LVDS迹线端口尺寸的设置 低电压差分信号（LVDS：Lower Voltage Differential Signaling）技术应用在高性能的背板技术中，LDVS用于多点通信，采用类似系统总线的形式，如图4.1所示。下图详细说明了你将要创建的无源器件。 图4.1设计尺寸 导带： 宽带=6mil 跨度=18mil 厚度=0.7mil 衬底： 厚度=26mil 介电常数Er=4.4建立这个器件之前首先来构想一下一下整个设计： （1）导带宽度mils （2）导带长度1000mils （3）介质高度mils x 2 （4）铜导带高度=0.7 mils （5）端口尺寸= 220mil一）端口宽度： 通过使用端口的选项，端口宽度至少是堆栈高度（stackup）的35倍，也就是达到(78-130mils)。由于迹线并非中心放置的，我们选择5倍的量，并加上信号对的间隙（18mil），因此端口/模型总宽度为220mil。二）迹线长度： 因为我们要仿真的均匀传输线，所以不需要对1000mil的长度进行全部仿真，而可以将模型缩减到100mil，并利用去嵌入技术（de-bedding）引入剩下的900mil长度。三）材料属性： 首先，从工程角度上我们假定材料的属性与频率无关。然后我们假定迹线模型是理想导体（Perfect Conductors），不会影响器件的性能。这些将加快仿真的进程。作为额外的练习，模型可以改变成随频率变化的材料和有损耗的导体。四）地平面： 因为我们忽略了金属的导电性，所以没有必要建立地平面，我们可以采用理想导体（Perfect Conductors）作为地这一边界如果我们需要研究导体铜的影响，我们可以定义有限电导体边界(Finite Conductors Boundary)来仿真铜的地平面。五）求解设置：（1）单点（自适应）频率：8.0G 。由于我们要利用这个模型进行SPICE仿真，关注的频率范。将由输入信号的上升沿时间(tr)决定。最大的频率可以通过0.5/tr就也是截止频率（knee frequency）算出，把它乘以tr周期的采样数确定。最低频率越靠近直流信号越好。因此在求解设置中选用以下的数据： 上升沿时间（tr）：330ps 。采样数：5 。上限频率：(0.5/330ps)*5 7.58GHz 或者 8.0GHz。 下限频率：0.01GHz 。步进频率：0.01GHz 。自适应迭代步数（Adaptive Passes）：10 S参数的迭代误差（Delta S）：0.02 。扫描类型（Sweep type）：插值。4.2 HFSS软件仿真过程以及结果的分析和处理一)点击开始按钮，选择Programs，再选择Ansoft, HFSS 10项目组，点击HFSS 10，启动HFSS。二)设置工具选项： 1选择菜单栏：工具>选项> HFSS 选项（Tools > Options > HFSS Options）。 2HFSS选项（HFSS Options）窗口 1）点击常用（General）(1)勾选上：创建新边界条件时使用数据输入向导（Use Wizards for data entry when creating new boundaries）(2)勾选上：边界条件随几何体一起复制（Duplicate boundaries with geometry） 2）点击OK 3选择菜单栏：工具>选项> 模型选项（Tools > Options > 3D Modeler Options） 4三维模型选项（3D Modeler Options）窗口 1）点击操作（Operation） 勾选上：自动覆盖闭合曲线（Automatically cover closed polylines）2）点击画图（Drawing） 勾选上：边界新的简单几何体的属性（Edit property of new primitives） 3）点击OK三）新建一个工程 1在Ansoft HFSS 窗口，点击标准工具栏中的新建工具或者选择菜单文件> 新建( File > New)。2在工程(project)菜单下，选择插入HFSS设计（Insert HFSS Design），如图4.2所示。 图4.2四）设置求解的类型 1选择菜单HFSS > 求解类型（HFSS > Solution Type） 2求解类型窗口 1）选择终端驱动（Driven Terminal） 2）点击OK 建立三维模型 一）设置模型单位 1选择菜单3D 模型>单位（3D Modeler > Units） 2设置模型单位 1）选择单位：mil ，如图4.3所示。2）点击OK 图4.3二）设置缺省材料 1）使用三维模型材料工具栏的下拉菜单，选择(choose)2选择定义窗口（Select Definition） 1）在按名称查找（Search by Name）中输入pec ，如图4.4所示2）点击OK 图4.4三）建立迹线1（trace 1） 1)选择菜单画图> 立方体（Draw > Box） 2)在坐标的输入框中输入起始坐标： X: 0.0, Y: 9.0, Z: -0.35 ，点击回车 3）在坐标的输入框中输入对角的端点： dX:100.0, dY:6.0,dZ:0.7,点击回车·模型参数化1)在属性（properties）窗口中选择命令（command）2)在位置（position）中输入0.0mil，s/2,-0.35mil,点击TAB接受，输入s变量的值：18mil，点击OK。3)对Y的尺寸，输入W，点击TAB接受。输入变量W的值：6mil，点击OK.·调整合适的视角1）在选择菜单栏中查看>全部适应>激活视角（View>Fit ALL>Active View）或者按CTRL+D四）建立迹线（trace 2）1.选择菜单栏编辑> 选择全部可视（Edit > Select All Visible），或者按下CTRL+A 2选择菜单栏编辑> 复制> 镜像（Edit > Duplicate > Mirror）. 1）输入镜像面的定位点 X: 0.0, Y: 0.0, Z: 0.0,按下回车键 2）输入镜像面法线向量的目标点dX: 0.0, dY: -1.0, dZ: 0.0,按下回车键 ·定义名称 1选择菜单栏> 列表（HFSS > List） 2从模型（MODEL）标签中，选择名称为trace1_1的物体 3点击性质（Properties） 1）在名称（name）中输入:trace2 2）点击OK 4点击Done 1.选择菜单栏中查看> 全部适应> 激活视角（View > Fit All > Active View） 或者按CTRL+D 选择菜单栏编辑> 选择全部可视（Edit > Select All Visible），或者按下CTRL+A 2选择菜单栏编辑> 复制> 镜像（Edit > Duplicate > Mirror）. 1）输入镜像面的定位点X: 0.0, Y: 0.0, Z: 0.0,按下回车键 2）输入镜像面法线向量的目标点 dX: 0.0, dY: -1.0, dZ: 0.0,按下回车键 ·定义名称1选择菜单栏> 列表（HFSS > List） 2从模型（MODEL）标签中，选择名称为trace1的物体 3点击性质（Properties） 1）在名称（name）中输入:trace2 2）点击OK 4点击Done 1 选择菜单栏中查看> 全部适应> 激活视角（View > Fit All > Active View）或者按CTRL+D五）增加新材料1在三维模型材料的下拉工具栏中选择（Select）2在定义的窗口中，点击增加新材料（Add Material）3察看/编辑（View/Edit）材料窗口，如图4.5所示1）材料名称：My_FR42）相对电介质常数：4.43）点击OK 图4.5六）建立基板1选择菜单栏画图>立方体（Draw > Box）2在坐标的输入框中输入起始坐标X:0.0,Y:-100.0,Z:-13.0点击回车。3在坐标的输入框中输入对角点dX: 100.0, dY: 200.0, dZ: 26.0, 回车。 ·定义名称1在性质（Properties）窗口中选择属性（Attribute）2输入名称基板（substrate）3点击OK设置透明度1在性质（Properties）窗口中选择属性（Attribute）2点击透明度（Transparency）1）把条形棒移动到0.8处，点击OK2）点击OK调整合适的视角1.选择菜单栏中查看> 全部适应> 激活视角（View > Fit All > Active View）或者按CTRL+D。如图4.6 图4.6七）建立波端口（Wave Port）激励1选择菜单三维菜单>网格平面>YZ平面（3D Modeler > Grid Plane > YZ）建立一个矩形来代表端口1.选择菜单项画图>矩形（Draw>Rectangle）。在坐标的输入框中输入矩形起始坐标：X: 0.0, Y: -100.0, Z: -13.0,回车。在