部件级过孔建模仿真优化方法

摘要

本篇论文主要讲述一种创新性的过孔建模仿真方法，旨在提高工程师的建模仿真效率。传统的建模仿真方法是对每种结构的via 单独建模，然后调用仿真器进行求解分析，从而优化 via 的结构；我们提出一种新的建模仿真优化方法，使用多种 via 的模板创建大量的、尽量覆盖多种物理参数的 3D 模型，集中进行求解分析，生成器件工程库文件，下次工程师做 via 设计时，可以直接从库文件调用，不用单独仿真。我们希望把 via 这种结构做成类似电容、电阻、电感等分立器件一样，工程师直接从器件库中调用，不用单独对 via 做设计。

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简介

随着通信行业的发展，信号的通信速率越来越高，信号完整性仿真对于提高设计成功率越来越重要。对于大多数 SI 工程师，仿真所优化的阻抗不连续结构都是大同小异，常见的阻抗不连续结构有Differential Via、插件器件的压接孔、表贴器件的标贴焊盘、AC 耦合电容、BGA Fan-out 过孔等，这些阻抗不连续结构在通道设计时，出现的概率非常高，如下是一对 Differential Via 的 3D 模型：

做通道设计时，工程师通常需要花费大量的时间优化这些阻抗不连续结构，而且这些工作大多有相通之处，属于重复工作。我们希望找到一种方法， 减少这种重复性劳动，提高其工作效率。

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解决方法

对于以上几种阻抗不连续结构，在阻抗连续性优化方面，能否找到一些共性？

大多优化方法，主要集中在以下几个方向：

1. 优化每一层过孔的 antipad

2. 优化 Fanout 及走线

3. 进行参考平面补偿

4. 优化地孔数量、位置

基于这种现状，我们提出一种新的建模仿真优化方案。

将这些阻抗不连续结构，创建一个通用的模板，比如 Differential via template, Via Array template, SMD template, AC Cap template,

SMA template, BGA template, Connector Footprint template，模板中支持参数化建模，对于需要优化的关键位置，还需要支持参数化分析。以 Differential via 为例，创建的模板需要包括 Hole size, Pad size, Clearance size, Pitch 等参数。

对于关键位置，支持设置变量，进行参数化分析，比如 antipad 形状、大小参数化，Differential via pitch 参数化，GND via 数量、位置参数化。

对与常见的阻抗不连续结构，通过参数化建模，可以快速创建大量 3D模型，通过仿真获取 S 参数、TDR 和工程文件，统计所有工程的阻抗范围及各物理参数，形成数据库。

在下一次仿真时，设置叠层和阻抗范围，就可以从器件数据库中搜索想要的 Via 结构，获取 S 参数，阻抗曲线等。

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结论

通过这种方法，形成 via 的器件库，工程师想优化 via 时，直接在库文件里调取，不用单独对 via 进行建模、仿真等操作，能大量节省工程师的建模分析时间，提高工作效率。