G21 仿真的意义

测试告诉我们现在在那里，而仿真告诉我们应该往那里走，可以走多远

也许，你刚刚毕业，每天做着繁琐的小事，看到别人示波器上花花绿绿的波形，觉得无比新奇……也许，你在其他方面已做的娴熟无比，看到各式各样的眼图，总是忍不住想去试试……也许，你整天埋头测试，抱着示波器跑来跑去，看到做仿真的一台电脑走天下，总是无比羡慕……也许，你已是仿真老鸟，对于仿真的态度，经历了神秘，兴奋，混沌，绝望，自大，迷惑…… 还也许，你是仿真界的大牛，那么请你，给我们解惑……

对于我自己，除了最后一个，其他都有所经历，一路走来，跌跌撞撞，从未放弃希望和梦想，也从未消除迷茫和绝望。仿真的意义到底是什么？也许是每一个SI工程师值得思考的问题，我所能想到的，也许只是黄金中的沙砾，期待你的补充。

首先，仿真可以缩短产品研发周期，在没有仿真的情况下，一般会根据理论知识和经验，做出第一版产品，然后测试，发现问题，改善问题，重新打板，重新测试……周而复始，直到没有问题发生。而如果可以做仿真呢？在第一版设计过程中，就可以对各个信号进行仿真，评估，改善，再仿真，直到所有仿真都可以满足系统要求的情况下，才正式生产。一般来说，第一种情况大概需要三到四版PCB，才可以上市，而第二种情况，大部分时候，两版就可以上市了，而现在有很多设计公司，都承诺一版成功。这其中，不仅节省了研发周期，研发人员，更可以提早上市，抢占市场先机。

其次，我猜大部分人小时候都玩过类似叠硬币的游戏，一个一个硬币错落的叠上去，看谁的硬币先倒，仿真在很多时候，就是在做类似的事情，仿真可以让我们的设计在没有任何错误的前提下，达到性能和成本的极限，在我们不想做这些的时候，应该意识到，我们的竞争对手们都在孜孜不倦的不断尝试。不断提高时钟频率，提高数据速率，缩小PCB面积，减小PCB层数，找到产品的极限，只有如此，才可以在产品手册中，写上领先竞争对手或市场预期的性能指标。当然，成本和性能永远是一对欢喜冤家，这里所说的性能极限，是在成本，市场，技术等等许可的情况下，做到最好的权衡。

另外，仿真还可以预测产品发生错误或故障的概率，而这种概率，对于不同产品，经常会有不同的要求，而且往往都是很难测试的，比如，个人用的笔记本电脑，三四个月发生一次死机或蓝屏，大概没有人会特别在意，可是如果微信的后台服务器，三四个月就发生一次故障，几亿用户同时掉线，就不是一件小事了。所以，你的产品错误发生概率到底有多大？一个月一次？一年一次？十年一次？还是一百年一次？这种事，大概也只有仿真可以做了吧。

还有，仿真可以做很多测试做不了的事情，比如，测试的时候，人们都知道要测试Worst Case, 可是什么情况才是Worst Case，仿真中，可以把整个系统链路中各个参数(buffer, slew rate, TXLE, CTLE，各段传输线阻抗，长度，各种不同ODT, 温度，湿度，加工工艺带来的性能误差……）随机组合，整一个大大的表格(学名叫DOE),然后整个成千上万个case进行仿真，总会有一个是worst case, 可是测试中，可以测试的样本总是有限的，很难去包括大部分情况。

那么，测试就不重要了吗？仿真和测试的关系又是什么样呢？

一个不太准确的例子，假如你是公园管理员，而公园里面有下面两块石头，经常有人在下面去乘凉，需要去评估它们到底安不安全。普通的管理员，大概会拿一根很长的木棍，从各个方向，各个角度，用各种力气，去推这块大石头，然后看它是纹丝不动，还是有点晃动，或者晃动很厉害，来判断它是否安全。如果这个管理员实在无聊，用木棍捅了之后，他还不放心，另外一种可能的方法，大概会先对石头进行建模，石头形状，大小，重心位置，接触面积……然后模拟各个方向，各种条件下，多大的力才能让石头倒塌，从而判断它的安全性到底有多大。

其实，这两种方式，有点类似测试和仿真，那么，到底那种更好呢？我觉得，我们应该综合两种方法，它们各自得到的数据都有各自的优势，人的力气总是有限的，也不可能从每一个角度去推石头，可是仿真，大概也不会注意到石头下面有一个蚂蚁窝，时间久了，这个区域有会土地松软的可能。所以，仿真和测试总是应该相互验证，相互补充，才能得出更加合理的设计。相濡以沫，总是好过相忘于江湖。

仿真最具有优势的地方，是可以得出各个参数对设计结果的敏感度，从而有目的性的对设计进行取舍，优化，比如一个设计有三个变量，第一个变量对结果几乎没什么影响，而第三个变量却对结果很敏感，那么在设计优化的时候，我们就不会不断的尝试调试第一个变量的值。

所以，在很多设计中，测试和仿真都同等重要，测试告诉我们现在在那里，而仿真告诉我们应该往那里走，可以走多远。

归根结底，做仿真的目的，无外乎是，在合理的时间和成本允许下，帮助我们做出更加明智的选择。

仿真虽好，可是要得出精确的仿真结果，并不容易，需要所有的建模都是合理的，所有的仿真方法都是相对准确的，而这些，正是我们孜孜以求的动力和方向。SI大师Eric曾说，每做一个仿真之前，都应该用你的知识和经验，来预测仿真结果是什么样子的，如果你预测对了，你的自信心又提高了一点，如果你预测错了，你就又得到了一次提高自己的机会。

那么，一起努力吧！

信号完整性之旅

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