一文掌握CST PCB Studio信号电源完整性建模/求解/眼图仿真分析

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大家好，我是仿真秀专栏作者——一只豌豆象。资深汽车电子硬件专家，拥有工学硕士与高级工程师职称，专注于汽车电子硬件设计，在信号完整性、电源完整性与电磁兼容（SI/PI/EMC）的仿真与测试方面积淀深厚。深度掌握CST、ADS等多物理场仿真工具，善于解决复杂工程场景下的耦合干扰问题。近日，我的仿真专栏正式上线，我将在仿真秀官网和APP为用户提供SIPI仿真技术干货和服务，欢迎大家点击文章末尾阅读原文关注。

本文基于CST PCB Studio软件模块对USB3.1信号仿真Step演示，它涵盖了从模型准备、求解器设置、S参数、TDR、眼图分析和设计优化的全过程。通过这样的仿真，你可以在物理样机生产前，有效地评估和优化USB3.1设计，及时发现并修正信号完整性和潜在EMI问题，从而提升产品可靠性，缩短开发周期。其中，如有不当，欢迎工程师朋友批评指正，冀以共同进步。

如何利用CST PCB Studio开始仿真

以USB3.1的串行链路仿真为例，一个完整的仿真操作流程如下：

1、仿真前期准备

（1）模型导入与处理：

通过CST PCB Studio的EDA导入功能，直接导入USB3.1 PCB的设计文件。

（2）材料与叠层设置：

准确设置PCB的层叠结构，包括每层介质的厚度、介电常数和损耗角正切等。

（3）关键元器件建模：

芯片：为USB3.1主机控制器和设备端分配IBIS模型，以精确模拟芯片I/O缓冲器的行为。

连接器：连接器引脚和焊盘封装对阻抗连续性影响很大，需要引入模型的S参数。

交流耦合电容/共模电感：可以使用集总元件等效电路或S参数模型来表示。

2、仿真设置要点

（1）端口设置：

在USB差分对的两端设置差分端口。端口的参考阻抗通常设置为90Ω，以匹配USB3.1差分线的特性阻抗要求，也可根据设计测试需求，设置为100Ω。

（2）求解器选择：

根据仿真目标选择合适的求解器：

传输线法基于2D截面场求解，速度快，但无法分析3D不连续性，适合分析没有过孔和连接器等3D效应的均匀传输线；

3DPEEC法基于部分元等效电路法，全波3D求解，能分析复杂3D结构，适合分析包含过孔、连接器等3D结构的完整信道，精度高。

（3）仿真参数配置：

频率范围：USB3.1 Gen2（10 Gbps）的奈奎斯特频率为5 GHz，仿真频率上限建议设置为15-20 GHz（至少到三次谐波）以保障时域波形重建的准确性。

激励信号：时域仿真时可选用 PRBS 码型，例如 PRBS-15，码型长度需足够长以覆盖信道响应。

3、仿真结果分析

（1）S参数分析：

差分插入损耗：评估信道损耗。

差分回波损耗：评估阻抗匹配和连续性。

模态转换：评估差布线分极性对称性被破坏程度。

（2）TDR阻抗分析：

通过时域反射计分析差分阻抗曲线，检查整条链路的阻抗一致性（例如，是否控制在90Ω±10%范围内），并定位阻抗突变点（如过孔、连接器），这些是导致信号反射的主要原因。

（3）眼图分析：

利用CST的后处理功能，将S参数与PRBS激励结合，生成接收端的眼图。评估眼高、眼宽及抖动等关键指标。

4、性能优化与验证

按照上述仿真结果，可以指导设计者进行设计优化，比如，优化布线以改善插损，优化阻抗连续性以改善回损等。

对于一致性测试中遇到的问题，可重建仿真模型进行问题复现和定位，从而形成“仿真-测试-再仿真优化”的闭环，加速问题解决。

以上过程已经收录到我的视频课程《CST PCB Studio信号电源完整性仿真实战：全场景仿真高速PCB串行链路、DDR 和PDN》

本课程将基于CST 2024 & 2022软件环境，以实际PCB产品为案例，手把手带学员系统掌握CST PCB Studio的设计辅助与仿真全流程。通过本次学习，您将能熟练配置仿真环境，并深入掌握包括S参数、TDR、信号眼图、直流压降及电源网络（PDN）阻抗在内的一系列关键仿真方法与分析技巧。

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《CST PCB Studio信号电源完整性仿真实战：全场景仿真高速PCB串行链路、DDR 和PDN》

我为什么创作该视频课程？

首先，源于本人多年的实践经验，从2017年开始接触CST软件至今，不仅帮助我完成了很多的实际工程问题、获取了丰富的实践经验和成果，而且，在这个漫长的实战成长过程中，也促使我一步步的成长为公司在电磁仿真领域的技术专家，实现薪资跳跃式增长的同时，也成为了同事和朋友口中的“大拿”、“牛人”。

当自身有所得时，就想着将好的经验分享给更多需要的人，以助力更多的人走上这条仿真探索的道路。

而CST PCB Studio作为CST众多设计包中的“入门款”软件，为设计者提供了专业PCB级的SI/PI仿真分析解决方案，在这里，不仅可以完成一键式频域PI、频域SI、时域SI、PDN谐振模式分析、任意去耦电容布局、自动目标阻抗优化等一系列操作，还可以将得到的PCB导入CST MWS Studio，进行包含机箱机壳等整个系统环境下的高阶电磁仿真。

因此，本人系统整理了CST PCB Studio在SIPI仿真中的操作内容，再以实时演示的方式呈现给广大的读者，并以USB3.1串行链路、LPDDR4数据总线、IR-Drop和PDN仿真为例，详细介绍了仿真中的每一个操作细节，帮助读者快速完成软件的使用和仿真能力的初步建设。

课程大纲及主要内容：

第1讲：课程介绍

第2讲：PCB的导入和检查

第3讲：USB3.1串行链路仿真

第4讲LPDDR4 数据总线仿真

第5讲电源直流压降和PDN仿真

特别提示：课程大纲仅供参考，以实际更新为准，会持续加餐内容，由于内容产品特殊，版权保护需要，强烈推荐用户加入作者的VIP群，关于课程任何困惑，不清楚的你都可能在群里得到答案和服务。在VIP群可以交流航天行业相关资料，就业机会等超值福利。

学习该课程的优势在哪里？

在众多SIPI仿真软件中，CST PCB Studio确实算不得如何突出，但是确有其独特的亮点：

助力PCB规则检查和分析

CST PCB Studio内置的印制板规则检查模块（CST BOARDCHECK）帮助设计者迅速鉴别和定位 PCB 中最主要的 SI/PI/EMC 问题，甚至还提供解决这些专业技术问题的建议和可行的解决方案，并且，该工具避免了建模和仿真所需要耗费的大量时间。

应对一体化设计流程与多物理场仿真挑战

得益于CST Studio Suite的统一平台，CST PCB Studio支持从单个过孔到包含线缆、机箱的完整系统级协同仿真。这种平台化的集成环境，可以减少在不同软件间转换模型和数据带来的误差和麻烦。如果设计者需要分析PCB的电磁兼容（EMC）和电磁干扰（EMI）问题，CST PCB Studio能够将电路板导入到其三维电磁波仿真环境（MWS Studio微波工作室）中进行全系统分析。此外，平台还支持电-热耦合分析，能够评估大功率密度下的散热问题对电气性能的影响，这对于高可靠性设计至关重要。

平衡高效率与高精度的矛盾

CST PCB Studio并非所有场景都使用计算量最大的全3D仿真，它集成了多种专用算法以提升效率。例如，它采用2D传输线法和3D PEEC（部分元等效电路法）等技术，在保证关键结构精度的同时，能快速处理大量的传输线和电源地平面。其IdEM工具可以从三维全波仿真结果中提取被动、因果的宽带SPICE模型，然后放入系统级电路仿真中，极大地提高了仿真速度。

总之，在选择SI/PI（信号完整性/电源完整性）仿真工具时，CST PCB Studio 以其强大的三维全波电磁仿真拓展能力和出色的系统级分析视野，得到很多设计者和公司的青睐。

学习可以获得什么？

通过对本次课程的学习，学员可以获取如下技能：

1、掌握运用CST PCB工作室进行PCB辅助设计的方法；

2、掌握运用CST PCB工作室进行PCB仿真及分析的方法；

3、理解仿真中关键配置参数的意义；

4、灵活使用多个求解功能模块进行多元化仿真；

5、掌握传输线特性阻抗、眼图、S参数等仿真方法；

6、掌握串行链路、DDR和电源PDN的仿真步骤和注意事项；

7、为后续的CST进阶及高阶课程学习打下基础。

总而言之，若您志在使用CST解决实际工程挑战，本课程将助您告别仿真困境，开启精准建模、高效仿真之路。

扫码试看

《CST PCB Studio信号电源完整性仿真实战：全场景仿真高速PCB串行链路、DDR 和PDN》

来源：仿真秀App

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首次发布时间：2025-11-10

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