核心和半导体为高速连接器产品提供模拟EDA解决方案

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随着5G网络、物联网、虚拟现实、智能汽车等行业的快速发展，数据量呈爆炸式增长。具有信号传输功能的连接器需要在性能上不断优化升级，实现高频高速传输的特性，以满足这些行业对超高数据传输速率的需求。如何快速评估连接器的高速性能？有没有系统的分析方法来处理高速连接器复杂的设计和仿真问题？

连接器市场概述

连接器作为连接电子产品模块、设备和子系统的桥梁，起着电力传输和信息交换的作用。广泛应用于航空航天、军事装备、通信、计算机、汽车、工业、家用电器等领域。它可以增强电路设计和组装的灵活性。它是整个电路系统电气连接必不可少的基础元器件，已成为电子信息基础产品的支柱产业之一。近年来，受益于新能源汽车、数据与通信、计算机及其周边领域、消费电子等下游产业的不断发展，全球连接器市场普遍扩大。数据显示，2020年全球连接器市场规模已达627.27亿美元。下游连接器行业巨大的市场需求为连接器的发展创造了广阔的市场空间，未来连接器市场规模将持续增长。以中国为代表的新兴市场呈现强劲增长态势，成为全球连接器市场增长的主要动力。数据显示，2020年全球连接器市场中，中国销量占比32.18%，已超过北美、欧洲等地区，成为全球最大的连接器市场。

连接器行业面临的挑战

1.日益增长的数据传输需求

5G通信、云计算、人工智能、物联网、大数据等新兴产业和应用带来了数据流量的爆发式增长，更高的数据传输速率几乎成为所有系统的必需品。为了满足数据流量的传输，PCIe、SATA、SAS、以太网、USB和Infiniband等高速串行链路协议都计划将数据速率提高一倍。随着数据速率的提高，对连接器的传输速率和密度提出了更高的要求。然而，超高的传输速率和密度会引起一系列高速信号完整性问题，包括信号阻抗不连续、通道间串扰和不对称模式转换。

2.系统连接解决方案要求

随着连接器应用的复杂化和产品开发过程中分工的专业化、精细化，客户对连接器厂商的需求逐渐从提供“简单的连接器产品”转变为提供“系统连接解决方案”。这就要求连接器制造商提供完整的技术服务，参与客户产品设计的早期阶段，与客户沟通产品的性能，如速度和带宽，并协助制定产品计划。连接器厂商通过融入客户产品开发，可以获得整个供应链的同步信息，从而及时了解客户需求，帮助客户优化产品，提升自身产品的市场竞争力。系统连接解决方案包括参与客户产品解决方案的制定，协助客户选择连接器、电路板和高速电缆等连接器相关组件，指导客户优化连接器引脚阻抗，以及评估系统链路的性能。这些要求对连接器制造商提出了越来越高的要求。

3.快速迭代产品开发需求

属于连接器安全设备、通信设备、消费电子、计算机、汽车、轨道交通等行业的配套产业，应用广泛。不同的客户对连接器有不同的要求，导致相关产品种类繁多，规格复杂。这就要求连接器制造商具备强大的市场信息捕捉能力和快速的产品研发设计能力，从而缩短反应时间，不断开发新的产品

综上所述，在高速连接器的设计中，我们将面临“数据传输需求增加、系统化连接解决方案需求、快速迭代产品开发需求”等诸多挑战。接下来，我们将向您展示核心和半导体高速连接器的模拟解决方案如何解决上述问题。

和半导体高速连接器仿真解决方案。

合协半导体是国内EDA行业的龙头企业，其拥有自主知识产权的EDA产品和解决方案广泛应用于5G、智能手机、物联网、人工智能、数据中心等领域。对于高速连接器产品，核心和半导体提供了一系列仿真EDA解决方案。

1.三维全波电磁场模拟工具

内嵌于核心和半导体的三维全波高精度电磁仿真引擎Hermes 3D可支持从DC到太赫兹的频率范围，完全满足高速、高频的应用精度要求，完美支持纳米到厘米级的跨尺度仿真。

Hermes 3D采用细化网格加密技术，利用初始网格快速求解并提供现场解算信息，然后只在需要的区域对网格进行加密细化。其迭代方法节省了计算资源，达到了最大精度。如果需要，可以方便地使用人工网格化来指导优化，加速网格细化和匹配的求解。

Hermes 3D强大的参数化扫描功能，可以通过改变焊盘、堆叠、走线等属性进行假设分析。并且可以轻松比较结果曲线，并支持导出到HFSS的功能。输出文件格式包括具有可编辑模型结构的vbs脚本和可快速导入供用户选择的python脚本，从而快速构建模型。

图1爱马仕3D电磁场仿真流程

2.连接器组件的快速建模和仿真工具

对于连接器应用中涉及的高速电缆、PCB引脚、传输线等元器件，核心和半导体提供了一套高效便捷的建模和仿真工具。

针对高速电缆建模与分析，芯线与半导体CableExpert软件提供了一种快速便捷的建模方法，可以实现t。

winaxial、Twisted、Coaxial、 LVDS、Type-C等常用线缆的建模和快速仿真。CableExpert帮助设计工程师快速修改线缆几何尺寸，了解线缆性能变化。同时也可以导出模型到第三方软件中进行协同仿真。

图2 CableExpert 软件主页面

对于高速通孔建模，芯和半导体的ViaExpert软件提供了一种快速、准确的连接器管脚建模方案。用户在预布局阶段可以使用该工具快速构建连接器管脚footprint模型，并检查关键信号的信号完整性问题，包括差损、回损和串扰。用户也可以导入 Allegro 版图文件，进行过孔和出线的后仿真分析。通过设置偏差变量，可以仿真模拟加工层偏、孔偏对信号完整性的影响。

图3 ViaExpert 连接器管脚footprint优化

对于传输线建模和分析，芯和半导体TmlExpert软件提供了一种快速、准确的方法来分析传输线的传输特性，内置的蛇形线、Tabbedrouting、微带线和带状线等，玻纤线，网格地线等模板，能让用户快速建立仿真模型，强大的三维全波段电磁仿真求解器能快速得到传输线阻抗特性，串扰和延时等信息。

图4 传输线的建模与仿真

3.系统链路仿真工具

芯和半导体系统级的建模和仿真工具ChannelExpert，内置了先进的时域仿真引擎、电磁场仿真引擎和频域级联技术，提供了一种快速、准确和简单的方法来评估、分析和解决高速通道信号完整性问题。设计者通过编辑该软件的原理图界面，可以添加不同组件的层偏、孔偏、粗糙度、刻蚀精度、压合流胶、连接器偏差、装配长度等变化的参数模型，将不同的模型做变量扫描分析。设计者通过对工艺、温度参数的变量扫描，可以快速检查不同环境下的关键路径信号完整性指标，如插入损耗、回波损耗、眼图、串扰等。

图5 ChannelExpert系统链路仿真

4. 定制化解决方案

芯和半导体针对连接器客户的痛点，为连接器厂商定制了基于网页的S参数级联与生成报告系统。该系统基于芯和半导体S参数处理软件SnpExpert进行深度定制开发，借助于SnpExpert软件在S参数处理方面的强大功能，结合了终端客户的最新一线需求，帮助客户快速高效进行连接器性能评估及选型。在这个系统中，连接器厂商的仿真工程师只需要提供器件S参数，进行系统的数据维护。连接器客户可以直接登录系统，选择连接器类型，查看性能、与电缆等组件模型级联进行链路评估并能生成报告，整个流程简单易用，直观清晰。

图6 连接器S参数级联与生成报告系统

总结

本文介绍了高速连接器设计中面临的诸多挑战。芯和半导体应对这些挑战，推出了高效的高速连接器仿真解决方案：借助芯和半导体自主产权的Hermes 3D、CableExpert、ViaExpert、TmlExpert、ChannelExpert等设计仿真工具，，为客户提供了基于设计和仿真的整套解决方案，帮助工程师实现连接器及组件快速建模及精确仿真，优化设计方案，缩短产品开发周期。