芯片封裝S參數(shù)提取方法（二） - 場(chǎng)路結(jié)合仿真封裝EMI輻射實(shí)例
首先我們先完成芯片封裝的S參數(shù)提取，這里我們接著上一篇繼續(xù)。我們?cè)谠摪咐幸呀?jīng)設(shè)置好了需要仿真的一對(duì)差分對(duì)。后面我們?cè)贒S（設(shè)計(jì)工作室中）對(duì)這對(duì)信號(hào)激勵(lì)I(lǐng)BIS源模型，并觀察芯片在工作下的對(duì)外輻射情況。
場(chǎng)仿真設(shè)置
在上一篇中我們提到了使用CST的模板并如何快速EDA import得到仿真結(jié)果。這篇將之前已經(jīng)完成端口導(dǎo)入建模的芯片封裝的文件另存為Package_EMI，如下圖所示：
因?yàn)榉抡娴男酒h(yuǎn)場(chǎng)輻射，我們需要設(shè)置邊界條件，如下圖所示：
設(shè)置探針監(jiān)視器
為了觀察封裝3米遠(yuǎn)的輻射，我們需要在封裝四周設(shè)置探針監(jiān)視器，CST有一個(gè)宏能快速設(shè)置360°的監(jiān)視器，Marcos\Results\EMC\Define Probes in 2D plane or 3D volume，如下圖所示：
彈出對(duì)話框，勾選E-field(farfield)，并在3米遠(yuǎn)的球面上，每間隔30°設(shè)置一個(gè)監(jiān)視器，如下圖所示：
點(diǎn)擊左側(cè)導(dǎo)航欄下的Probes，如下圖所示:
此時(shí)窗口主視圖，如下圖所示：
我們看到，通過(guò)宏我們已經(jīng)圍繞芯片設(shè)置了探針，這里是以極坐標(biāo)來(lái)設(shè)置的，當(dāng)然也可以選擇直角坐標(biāo)系來(lái)設(shè)置，區(qū)別就是探針的分量是以theta，Phi來(lái)記錄還是X,Y,Z來(lái)記錄。（這里是對(duì)這個(gè)宏進(jìn)行演示，通常芯片輻射都在走線正上方）。
點(diǎn)擊Global Properties按鈕，進(jìn)行網(wǎng)格設(shè)置，如下圖所示：
我們可以采用模板默認(rèn)的網(wǎng)格，但如果模板不能保證網(wǎng)格有足夠的分辨率的時(shí)候我們需要手動(dòng)加密網(wǎng)格，使模型網(wǎng)格有足夠的分辨率，如下圖所示：
本例中加密的網(wǎng)格約16milion，CST有GPU加速，對(duì)于這樣的網(wǎng)格規(guī)模，GPU加速后計(jì)算非?？焖伲?dāng)然這卻決于你的硬件資源。到這里場(chǎng)的設(shè)置部分就完成了。
我們點(diǎn)擊T求解器，設(shè)置GPU加速卡，如下圖所示：
點(diǎn)擊Start就可以開(kāi)始仿真了。
場(chǎng)仿真結(jié)果
仿真結(jié)束后，因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)置了一堆的探針監(jiān)視器，所以我們可以看到在我們?cè)O(shè)置的探針上的結(jié)果，如下圖所示：
我們選中其中的E_Field (Farfield) (Spherical) (0 0 3000)(Abs) [1]是頻域下的結(jié)果，這里指的是在theta=0,phi=0,距離中心3000mm遠(yuǎn)處的模值結(jié)果，[1]表示的是端口1激勵(lì)時(shí)的結(jié)果，并且我們?cè)?D Plot選項(xiàng)卡下將圖標(biāo)進(jìn)行如下設(shè)置，x軸改為對(duì)數(shù)顯示，y軸坐標(biāo)改為dBu，如下圖設(shè)置：
此時(shí)我們得到的E_Field (Farfield) (Spherical) (0 0 3000)(Abs) [1]結(jié)果，如下圖所示：
擊整個(gè)Probe文件夾得到，所有探針上的場(chǎng)結(jié)果，（這里軟件只畫(huà)出前25條曲線），如下圖所示：
為時(shí)默認(rèn)設(shè)置，所以這里是默認(rèn)的各個(gè)頻點(diǎn)都是0.5w輸入功率下，各個(gè)頻點(diǎn)的輻射EMI電場(chǎng)值。Probe Signal文件夾里的是探針上的時(shí)域結(jié)果，頻域結(jié)果也是根據(jù)這個(gè)時(shí)域結(jié)果時(shí)頻轉(zhuǎn)換歸一化得到的。
場(chǎng)仿真
上面我們通過(guò)設(shè)置監(jiān)視器得到了四個(gè)單端端口激勵(lì)下的EMI輻射結(jié)果，但在實(shí)際問(wèn)題中，我們要考慮的是這對(duì)差分線上的EMI輻射，我們需要在場(chǎng)仿真中將這個(gè)4端口的S參數(shù)進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換（后面題目會(huì)專門將如何設(shè)置單端到差模轉(zhuǎn)換，這里略過(guò)）。
首先我們先了解到，這對(duì)線是port1(BGA)-port3(BUMP)；port2(BGA)-port4(BUMP)的兩條單端線，如下圖所示：
我們點(diǎn)擊主視圖切換到Schematic界面下（CST設(shè)計(jì)工作室）
我們將IBIS模型拖入到上圖中的主視圖中。
再將Data import下的IBIS buffer block拖入主視圖中，如下圖所示：
這里我們?cè)谶@個(gè)buffer下選用的Pin，Diff 1P->1N，如下圖所示:
同時(shí)我們看到這個(gè)IBIS文件的參考電壓是2.5v，Enable是Low，如下圖所示：
在Layout里調(diào)整下引腳的位置，如下圖所示：
連接好線路，如下圖所示：
同樣，設(shè)置好接收端，并設(shè)置兩個(gè)差分觀察點(diǎn)，如下圖所示：
此時(shí)完全鏈接好的原理圖，如下圖所示：
點(diǎn)擊Home選項(xiàng)卡下的Task新建一個(gè)Transient任務(wù)，如下圖所示：
點(diǎn)擊OK，后面需要對(duì)該任務(wù)進(jìn)行一系列的設(shè)置。我們這里先將Tmax設(shè)置為60。
點(diǎn)擊Define，Mysignal，電壓設(shè)置為2.5v，脈沖周期2.4ns，如下圖所示:
擊Specials，將頻率手動(dòng)設(shè)置為10GHz，如下圖所示：
點(diǎn)擊Combine Results選項(xiàng)卡，勾選Combine Results，如下圖所示：
上面這部操作會(huì)將路里面的激勵(lì)重新和場(chǎng)的結(jié)果進(jìn)行合并，以路里的真實(shí)信號(hào)，生成新的EMI輻射。
點(diǎn)擊Results Settings選項(xiàng)卡，勾選Enable time gating，并將考慮的時(shí)間由10ns，到仿真結(jié)束，軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算出最小的頻率分辨率，如下圖所示：
勾選了Assume periodic signals這一項(xiàng)，就會(huì)把仿真信號(hào)變?yōu)橐欢沃芷谛盘?hào)。這里仿真的時(shí)間越長(zhǎng)，頻域的分辨率就越高。同樣我們需要設(shè)置Number of Samples來(lái)滿足較高的采樣率。
點(diǎn)擊Update，
到這里我們就完成了場(chǎng)路結(jié)合的仿真。
分析結(jié)果
首先我們先觀察一下路的結(jié)果，選中Tasks文件夾下的Tran1/TD Voltages/P1，如下圖所示：
之前的設(shè)置從10ns開(kāi)始，就是為了去除一開(kāi)始不穩(wěn)定的部分，而將10ns開(kāi)始到60ns的信號(hào)生成周期信號(hào)，如下圖所示：
選中Tasks文件夾下的Tran1/FD Voltages/P1，如下圖所示：
到3D界面（微波工作室中），在Probes文件夾下多了一組[Tran1]的文件，點(diǎn)擊E_Field (Farfield) (Spherical) (0 0 3000)(Abs)[Tran1]，如下圖所示：
這樣就得到了IBIS信號(hào)下的EMI輻射在theta=0,phi=0,3米遠(yuǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度的頻譜。
CST有個(gè)宏，可以將所有探針最大值的包絡(luò)取出來(lái)，如下圖所示：
點(diǎn)擊Peak Field Values from Probes，并在Specify Excitation String下輸入（Abs）[Tran1]，如下圖所示：
這樣就在導(dǎo)航欄下得到所有探針在IBIS激勵(lì)下，所有模值結(jié)果里的最大包絡(luò)曲線，如下圖所示：
但是這里只是做了場(chǎng)路仿真，但這不是真正的場(chǎng)路協(xié)同仿真，真正的瞬態(tài)場(chǎng)路協(xié)同仿真是CST的看家本領(lǐng)，即每一步路的結(jié)果都會(huì)直接到場(chǎng)里去計(jì)算，而不是僅僅將通道和路結(jié)果進(jìn)行混合。到后面會(huì)給大家舉例介紹，見(jiàn)下圖：
本期完成了芯片封裝EMI輻射的仿真過(guò)程。
