CST信号完整性仿真 | USB2.0信号完整性仿真和优化（一）

CST电磁兼容性仿真

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前言

众所周知，CST Studio Suite是达索系统的一款高精度，多求解器多物理场的3D电磁仿真软件。它可以很好地普遍的完成天线，射频，EMC等3D仿真。那么它可以用来进行信号完整性的3D仿真吗？答案是肯定的。今天，我们来探讨如何运用CST这款专业的3D电磁仿真工具，对US B 2.0链路进行“解剖”，完成信号完整仿真和优化。

CST微波工作室3D建模

首先建模，有US B2.0的差分对，GND，micro US B2.0连接器，还有共模扼流圈，本文PCB文档来自某ARM公司的开发板，如图所示：

电路建模

导入此ARM的IBIS模型做为输出端，导入本人自己写的US B2.0 HUB的ibis模型作为接收端。另外还有共模扼流圈的s参数模型。

激励源

US B 2.0理论速度480Mbps，受协议开销、线材质量和系统设置影响，传输速度低于理论速度。优化驱动、切换NTFS文件系统及启用写入缓存可显著提升传输效率。这里我们做最坏情况分析，采用最大频率为240MHz，也就是Unit Interval为2.0833333ns。

初次仿真结果

如图，从结果上看，眼图不是很好，眼睛没有完全睁开，不满足US B2.0模板标准。

因为我们这个信号完整性没有线束的，所以本文眼图模板标准如下

眼图模板是如何生成

通过CST自带的脚本，具体的操作路径：

Macros --> Results --> Eye Dragram,TDR,etc --> Draw Eye Dragram Mask，界面如下图

根据自己仿真设置的频率设置眼图模板，如下图

那么是什么原因导致眼图如此之差呢？我们先来看看US B2.0输出信号

从图中结果看，差分信号到us bhub输出端信号存在以下几个问题：

（1）信号存在非单调性

（2）信号衰减严重

（3）信号的上升下降沿沿时间过长（ibis模型上升沿时间是1.5ns）

我们再来看一下，us b2.0差分信号的S参数（插损S21，回损S11）和开环差模阻抗：

（1）S21参数曲线

从曲线上看，信号在240MHz时插损衰减达到-3.67dB，也就是衰减了34.5%。

 

（2）S11参数曲线  

 

从曲线上看，回损S11在240MHz上是-4.45dB，反射达到60%  

（3）开环差模阻抗曲线

从开环阻抗曲线可以看到，开环下，差分信号传输线的分布电容是60pF，

US B2.0差分对特征阻抗是90欧姆，所以接收端得US B差分对信号时间常数 ‌τ (tau)‌  = 5.4ns，因为ibis模型上升沿时间是1.5ns（20%~80%），所以接收端得US B差分对信号上升沿时间为5.6ns。

来源：CST电磁兼容性仿真