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光模塊PCB和光器件仿真概述

光模塊PCB和光器件的仿真屬于高速串行數據鏈路（high speed serial data link）仿真的一個小分支，涉及的東西相對比較少，一般只要能扎實的練習一個光模塊仿真例子，不管是QSFP28還是CFP2的，其他類型模塊的仿真都能應付，畢竟模塊里面的東西都是大同小異。稍微要注意的是，光器件的仿真設計到光電轉換（EO\OE），如何在仿真上準確的復現這種轉換過程，就需要一些經驗的積累。

2022-06-17 17:27:23劉星925

賽孚電路專業生產PCB多層板，HDI板，軟硬結合板，光模塊PCB板。

下圖是總結的光模塊PCB和光器件級聯仿真需要掌握的知識，主要分三大塊，一是軟件操作的知識，雖然仿真的東西不多，用的軟件卻不少，有五個；第二是關于PCB（含FPC）仿真的內容，主要是PCB的導入和裁剪簡化，以及PCB上常見阻抗不連續性結構的優化仿真；第三是光器件的仿真，主要是評估器件的EO和OE響應帶寬、眼圖等，“利用芯片外圍封裝來改善器件的性能”是這一節很重要的思想。

先來看看仿真用到的5個軟件，分別是HFSS、HFSS 3D Layout、Q2D\Q3D和circuit simulator，涵蓋電磁場和電路分析軟件，場路協同仿真已經是一種很流行的趨勢了。建議大家升級到最新的軟件版本，因為新版本的軟件已經引入了很多重要的功能，比如直接在HFSS中使用S parameter model、支持PAM4仿真，支持寬帶掃描等。各軟件的功能就不介紹了，網上資料很多，在仿真的過程中，要靈活交叉使用這幾個軟件，節省建模和求解時間，進而減輕自己的工作量。

第二，關于光模塊PCB的仿真，只要能掌握下面7個基本互連結構的優化仿真，你就出師了，接下來的任務就是做校準測試板，來提升你仿真模型的準確度。

第三、光器件的仿真，重中之重，要拿到芯片的等效電路模型，沒有這個模型，器件的仿真也就失去了靈魂。有了這個模型，就可以將器件里面所有跟高頻相關的封裝S參數提取出來做級聯仿真觀察眼圖和帶寬，當然你也可以直接import hfss或Q3D model，不用額外提取S參數。還是那句話，封裝有時候對性能影響很大，要特別注意外圍封裝的設計。另外仿真出來的響應帶寬要平坦，不能有過大的ripple，而且好的帶寬一定是對應好的眼圖，反之亦然，如果對應不上，肯定是仿真模型用得不到位。

以上即是光模塊PCB和光器件級聯仿真需要掌握的知識，跟芯片的封裝以及板級PCB比起來，東西要少很多，而且由于光模塊仿真重復的東西很多，因此要將經常用到的模型慢慢積累，變成自己的通用模型，后面再仿真，只需要隨用隨調即可，不需要每次都去重復上一次的仿真工作，下圖是個人的一些仿真模型分類，供參考。

無源通道（passive）的仿真通常要占據大部分的工作時間，我們先從無源仿真開始來介紹下使用ANSYS AEDT來仿真光模塊的基本流程。純無源的仿真主要是優化和提取阻抗不連續結構、封裝、PCB走線的S參數、調整通道阻抗，最終的目標是讓通道的反射和串擾最小，帶寬足夠大。

無源通道的仿真分layout前仿真和layout后仿真，請參考下面紅黑箭頭指示方向，都是從PCB的導入開始的，layout前仿真是在HFSS 3D layout中，將各阻抗不連續結構（金手指、過孔、耦合電容、pcb和fpc的interface等）裁剪出來，然后export至HFSS中進行局部的優化，待優化好了之后，將相應的結構尺寸參數導給layout工程師，讓他修改PCB。這里為什么不直接在HFSS 3D layout中進行優化呢，因為3D layout畫圖能力比較弱，盡管可以參數化設置一些變量，但是遠不如在HFSS中優化方便，因此局部的優化都建議在HFSS中進行，其他的光器件和高速submount的仿真也需要在HFSS中進行。

但是layout后仿真我建議直接在3D layout中完成，當然你用HFSS也完全可以應付此工作，只不過又來一遍模型的導進導出，相對比較繁瑣。在3D layout中，將需要分析的net裁剪出來后，你可以導入3d component，光模上常見的就是QSFP28 connector、SFP+ connector以及SMA轉接頭這些，這樣就可以進行整個無源通路的仿真了，而且利用3d layout的phi mesh，在網格剖分上可以節省一點時間，畢竟layout后仿真，模型都比較大了，30萬以上的網格數很常見。