【旧文回顾】仿真与理论的完美结合—开篇

公众号：高速先生

作者：黄刚

高速先生其实想写这个话题很久了，因为每年高速先生无论是在研讨会上还是客户现场，又或者是高速先生文章和客户的互动中，都有很多朋友希望高速先生多介绍一些和仿真相关的知识，问得最多的问题之一就是“你们是用什么软件进行仿真的啊？”，高速先生是一直都把粉丝的需求记在心上的哈，这个话题虽然总总总会迟到，但是不会缺席哈！

高速先生决定在这个时候开展这个话题主要基于几方面的原因哈：一是一直关注高速先生文章的老铁们都知道，我们已经很久很久没有做过系列的文章了，这几年的文章内容都相对杂乱，内容虽然精彩但是却不够系统，因此我们的每期小册子出得相当有难度；二是写仿真相关的话题需要涉及到仿真软件，就像这个系列一样，我们都会一直使用cadence的仿真软件来写，因此在每篇文章中可能都需要用到这个套件的其中一个功能，因此对高速先生来说也是一种温故知新的机会哈；第三肯定就是时间和人力啦，高速先生团队其实一直都处于忙碌的状态，只不过最近新加入了不少小伙伴，然后他们也在学习仿真技术中，因此才利用这个机会分享这个系列，话题的内容会比较适合大众的硬件工程师、PCB工程师、测试工程师以及刚入门的SI工程师哈！因此高速先生觉得现在就是开启这个话题的最好时机了！作为开篇，高速先生先简单的介绍下这个系列话题希望分享给朋友们什么东西。

首先SI理论永远是入门这个行业的“内功心法”，但是却令不少朋友望而却步，因为上面的理论其实都不那么容易懂，夹杂着公式、算法、理论于一体，不能靠死记硬背，更需要融会贯通，最好是能够形象的量化出来。例如高速先生举一个入门级的例子---传输线反射理论。

如上所示，我们发送一个0到1的阶跃信号，链路上首先经过50欧姆的串阻，然后遇到100欧姆的一定长度的传输线，负载是一个高阻的950欧姆电阻，问在负载端的电压会怎么实时变化？当然很多人的第一反应是“不就是50欧姆和950欧姆分压，不就是0.95V吗？”当然这个答案是对的，但是放在我们高速信号来说，他又不全对，因为它只是最后稳态的时候才是0.95V，前面很短时间（ns级别）时一直在变化！

去求解这道题需要用什么SI理论？我们可以告诉你用的是反射的理论，阻抗遇到不匹配的节点时会反射，反射会出现反射系数和传输系数，通过几个电路公式的推导，就能够得到反射系数和传输系数的算法。

这个时候你就可以开始解这道题了，其中我们高速先生的小伙伴在初学的时候一定会画过这么一张“反弹图”来手写算出来，草稿就是下面这样子。一顿操作猛如虎，结果都还没算到反射五（第五次反射的值）。

难，理论是真的难，通过人工的方式量化出结果来更难，这个时候大家就会遇到了第二个难点了，想通过仿真解决但是仿真软件该怎么使用，怎么通过精确的搭建仿真模型来得出人工难以算出的结果。还是上面那道题，如果我们会搭建这么一个仿真链路的话，那出结果也就是几秒的事情了。

这个时候我们只需要做一个时域的仿真，就可以获得在负载端的结果，如下所示：

可以看到在若干次之后已经不断的逼近我们一开始的答案0.95V了，但是对于高速先生，前面的波动才是我们需要去关注的……

最后一个问题，仿真能解决什么实际问题呢？同样还是以上面的这个反射理论来举例子，我们遇到过某个网口产品项目中，千兆网不能顺利的link上，主要定位到了CPU到PHY的这一组RGMII走线通道上，该走线通道中间串有串阻。

一开始电阻的选型为22欧姆，然后板子出现千兆网link不上的问题，我们经过波形测试后发现，波形在上下阈值判断的位置出现台阶，影响了接收端的判断。

我们通过搭建链路仿真，的确有仿真出测试点上有这样的一个台阶，并而在仿真时可以扫描这个22欧姆串阻的值，发现改为0欧姆之后台阶会往高低电平去移动，也就是会远离阈值的电平位置，于是建议客户换上0欧姆串阻试试，结果调试就能够成功link上千兆速率了。最后客户补充一个0欧姆串阻的测试结果，发现和仿真高度一致，台阶位置移动了，远离了阈值电平，判别没有问题了。

对，我们这系列的文章会以这样的形式来呈现给粉丝们，让SI理论更容易被大家理解，也让大家明白SI仿真的意义和重要性。高速先生初步规划会覆盖到包括传输线、反射端接、串扰这些基本理论的阐述，另外还包括一些与产品项目相关的理论，例如DDR方面、电源方面、高速串行方面、封装仿真设计方面等内容，当然也希望更多的覆盖到粉丝们的需求，大家可以在问题后面留言，告诉高速先生你们最期待的是哪方面内容，我们可以根据你们的需求随时调整哈，我们也会从留言区里挑出3-8名不等的“优秀”留言，给予一份惊喜而美丽（简称精美）的小礼品哈！那开篇就讲到这里咯，敬请期待该系列后面的文章！