基于Siwave的PCB EMMC信号波形与眼图仿真

本次Siwave工程下载：基于Siwave的PCB EMMC信号波形与眼图仿真工程文件

0、前言

最近对信号完整性（SI）、功率完整性（PI）比较感兴趣，博主六年前上本科时也是一个画板子好手，平时用AD软件搞点FR4的简单嵌入式的电路板子玩玩，几十兆的时钟玩得不亦乐乎，放在现在真的是out了。

现在像模像样的高大上的板子基本时钟频率非常高 ，板子上CPU和高速内存对电源、信号线有许多的要求，在实际投板前需要进行信号完整性（SI）、功率完整性（PI）的仿真，因此来学习一下下。学习资料是于博士的书籍《信号完整性揭秘》，还有配套的视频啥的，非常好用，简单开坑记录下。

Siwave是Ansys旗下的软件，专门用于SI和PI的仿真，之前用它家的HFSS非常多，这次也来尝尝鲜。软件的下载可以去老吴那边下载：Ansys EM 2025 R2 电磁仿真安装包已发布。

1、导入IBIS模型

1.1、IBIS模型库设置

把用到的所有的ibis模型都放到一个文件夹里面，好作为库一起添加：

按照下面步骤添加该文件夹为ibis库路径：

路径间使用分号隔开，添加刚刚的路径地址，设置完成后点击确定即可：

1.2、设置器件的IBIS模型

选择EMMC器件，设置对应的IBIS模型：

绑定模型后，器件引脚会被自动设置：

2、仿真步骤

2.1、启用仿真向导

找到并启动仿真向导：

找到所需的网络名称，Add到右侧即可，设置完成点击下一步：

此处，需要仿真的内容是主芯片发送数据，EMMC芯片接收数据，因此需要设置主芯片（U15）侧的引脚为发送：

设置完成后如下所示：

再配置好IBIS Model，设置为EMMC的：

接下来设置好EMMC的模型，注意好时钟信号的设置和数据信号的设置存在差异的：

2.2、信号设置

数字信号就是方波信号，需要在向导内设置合理的时钟频率，依据数据手册的内容，此处采用50MHz的时钟信号：

点击Manage Sources按钮进行源的添加与设置：

激励有如下的类型：

解释如下：

激励类型	信号特征	典型用途	关键作用
Pulse Starting Low	从低电平开始的单脉冲	TDR、反射分析	观察阻抗不连续
Pulse Starting High	从高电平开始的单脉冲	边沿对称性分析	对比上/下降沿响应
PRBS	伪随机比特序列	眼图、BER、高速链路分析	模拟真实数据传输
Custom Bit Sequence	自定义比特序列	worst-case、协议验证	分析特定模式下的信号完整性

添加完成的激励源如下：

项目	设置值	原理说明
Source-Data	PRBS	数据线用伪随机序列，模拟真实DDR数据流，用于评估ISI、串扰和眼图
Source-CLK	Custom Bit 1010	时钟用固定交替序列（1010），形成稳定周期方波，保证参考时序
Source-CMD	PRBS	命令线为单边信号况

基于上述添加的激励设置，给主芯片附加信号，随后点击下一步：

这一步无需更改，直接下一步即可：

在这一步中，如下设置，我们的数据率是100Mbps，对应的时域时间是10ns，此处仿真50个bit，所需要的仿真时间是500ns：

在S参数选项，需要打开查看下，此处仿真信号的速率只有50Mbps，仿真到5GHz是足够的了，此处不进行修改了：

全部设置完成点击OK：

稍等一会，自动打开了界面：

2.3、启动仿真与结果查看

在弹出的界面右键启动仿真：

运行完成后添加图表进行查看，先看看EMMC端接收到的波形：

看看眼图，眼图本质上是在一个UI内同时观察电压裕量 和时间裕量 。

其中，眼高主要反映噪声和幅度裕量，眼宽主要反映抖动和时序裕量；而 ISI、反射、串扰、损耗 都会导致眼图闭合，从而增加误码风险。

具体解释如下：

类别	作用	典型参数	参数含义	工程判断
眼高（Eye Height）	衡量电压方向开口大小	Eye Height / Vertical Opening	在最佳采样时刻，"1"和"0"之间可用的电压裕量	越大越好，小说明噪声、衰减、串扰或ISI较重
眼宽（Eye Width）	衡量时间方向开口大小	Eye Width / Horizontal Opening	在判决门限附近可安全采样的时间裕量	越大越好，小说明抖动、ISI或时序裕量不足
交叉点	观察翻转位置是否稳定	Crossing % / Crossing Voltage	上升沿和下降沿的交叉位置，常看是否接近理想门限	偏移大说明占空比失真或上下拉不对称
抖动	衡量边沿时间不确定性	Total Jitter、RJ、DJ	边沿到达时间的散布，含随机抖动和确定性抖动	越小越好，过大会压缩眼宽
噪声	衡量电压波动	Noise / Vertical Noise	同一采样时刻电压分布的离散程度	越小越好，过大会压缩眼高
上升/下降时间	反映边沿快慢	Rise Time / Fall Time	信号从低到高、从高到低的转换速度	太快易反射和串扰，太慢易造成ISI
过冲/下冲	观察阻抗不连续和振铃	Overshoot / Undershoot	波形超过高电平或低于低电平的幅度	过大说明反射、端接不佳或驱动过强
振铃	观察反射衰减情况	Ringing	边沿之后的持续摆动	明显振铃通常意味着阻抗失配
码间干扰	衡量前后比特相互影响	ISI	前一个或前几个比特拖尾影响当前比特	ISI大会让眼图左右和上下都收缩
采样点	确定最佳判决时刻	Sample Time / Decision Point	接收端执行判决的最佳时间位置	通常选在眼图最开的位置
判决门限	确定"0/1"分界	Threshold / Decision Level	接收机区分高低电平的参考电压	设置不当会直接影响误码判断
误码趋势	综合评估链路质量	BER Trend / Mask Margin	根据眼图开口和统计分布估计误码风险	开口越大、越远离掩模，误码风险越低
掩模测试	判断是否满足规范	Eye Mask / Mask Margin	用标准禁止区域检查波形是否侵入	不碰掩模通常表示满足接口要求
测试激励	决定眼图覆盖场景	PRBS、1010、自定义比特流	用什么数据模式激励通道	PRBS更接近真实数据，1010更适合看单一翻转
通道损耗影响	反映链路带宽能力	Insertion Loss 相关表现	高频损耗会让边沿变缓、眼图闭合	损耗越大，通常ISI越严重
串扰影响	反映相邻网络耦合	NEXT / FEXT 相关表现	邻线开关引入的干扰叠加到被测线上	串扰大会降低眼高并扰乱采样

基于Siwave的PCB EMMC信号波形与眼图仿真