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本文始於2009年，並於2019年更新，目的是介紹HFSS lump port (附HFSS 2019 R1範例)。This article started in 2009, and is revised in 2019. It is intended to introduce HFSS lump port (HFSS 2019 R1 examples attached).

  1. 常見的Lump port形式

  2. BGA封裝如何下lump port

  3. 同軸電纜如何下lump port

  4. 晶片級電感量測如何下port

  5. Lead-frame封裝如何下lump port

  6. 同平面間兩條trace (signal、GND)如何下lump port

  7. 上下平面，訊號與reference plane間如何下lump port

  8. 問題與討論Q&A

    8.1 Lump port/wave port/circuit port的特性與分別適用時機?

    8.2 什麼時候從Alink輸出到HFSS所產生的PEC平面彼此會floating? 該如何處理?

    8.3 當我們在SIwave內設定circuit port後，匯出到HFSS/HFSS 3D layout會變成什麼port?

    8.4 當PCB從SIwave輸出到HFSS，走線端點是弧形，無法下lump/wave port，該如何處理?

  9. 參考文獻

  1. 常見的Lump port形式

Lump port是internal port，必須在outer boundary內，這特性正好是與wave port相反的。

Lump port與wave port可以在一個HFSS設計內同時(混合)使用，即一條傳輸線可以一端用lump port，一端用wave port。

Lump port常見就矩形與環形兩種，R19.3起支持非矩形lump port de-embed。(雖然port field看來怪怪的，但S參數是對的)

即便已經對lump port勾選de-embed，wave port與lump port的S參數當頻率高到一個程度時，就會開始出現差異，這是可預期的現象。原因是lump port在port端的場存在假設(假設場型是均勻切齊，即2D的矩形lump port以外不存在port端場)，所以當頻率較高，或是lump port較長，就會發現wave port與lump port的S參數不同。

Wave port與lump port的S參數，有條件下(lump port夠短)可以做到一致，但不能期待兩者必然相同。

  1. BGA封裝如何下lump port

在SIwave(Alink)內只要設 定好bond wire與ball，並且欲輸出的範圍內有包含P/G參考地的bond wire/ball，這樣從SIwave輸出到HFSS就會自動在DIE端與BGA端生成環形lump port。

在DIE端與BGA端，會分別(自動)產生矩形的PEC平面，而這上下兩個平面，會透過P/G net而彼此電性連接。這點很重要，就像空氣存在一樣地自然，你不會注意到，但也像空氣存在一樣地重要，沒滿足此條件你抽出的S參數就會錯誤。

什麼意思? 也就是傳輸線兩端為了下埠而自動產生的PEC平面，彼此間不能是floating。Refer to 8.2

  1. 同軸電纜如何下lump port

同軸電纜是一個比較特殊的例子，其lump port與wave port下起來的效果是一模一樣的

如果是多芯(multi-terminal)的電纜線，那就要用wave port不能用lump port

環形Lump port並沒有de-embed可勾選，只有矩形Lump port才有該option

  1. 晶片級電感量測如何下port

筆者分別示範lump port與wave port下法 (方法不只這兩種)

  1. Lead-frame封裝如何下lump port

More information, please refer to AN 004

  1. 同平面間兩條trace (signal、GND)如何下lump port

下圖左是正確作法，右邊是錯誤示範

  1. 上下平面，訊號與reference plane間如何下lump port

Lump port edge寬度必須與線寬相同，太寬或太窄都不好 (雖然沒有錯誤訊息，但從埠端場分佈的角度來理解，這麼做並不好)

Lump port高度一般是剛好觸及導體(下圖右)，貼到導體也沒關係(下圖左)，但不可超出導體

上圖左雖然不是正統作法，但HFSS可接受，但請注意lump port edge不能內嵌入金屬材料裡。

  1. 問題與討論Q&A

8.1 Lump port/wave port/circuit port的特性與分別適用時機?

Ans：SIwave只有circuit port一種，HFSS有wave port/lump port兩種，HFSS 3D layout有wave port/lump port/circuit port三種。

Lump port：常用於SI應用(不需要高階模態，只需要TEM mode)

Wave port：常用於SI/Antenna/Wave guide應用 (若需要解高階模態，一定要wave port)

Circuit port：最大優點是下port極為方便，點到哪裡下到哪裡，因為不是field port，所以可以穿越金屬層

自2019 R2起，HFSS開始支持circuit port。

8.2 什麼時候從Alink輸出到HFSS所產生的PEC平面彼此會floating? 該如何處理?

Ans：如果SIwave(Alink)輸出到HFSS時，勾選了以下[Create Ports for Pwr/Gnd]，並且勾選所有的參考P/G訊號，這會導致為下埠所自動生成的PEC平面與其他net都沒有直接連接(PEC reference planes are floating to each other)。

這種情況下，如果解S參數，會發現S參數結果是錯的，感覺就像傳輸線有高阻抗或是兩端彼此間是open的關係。

解法是，額外畫一個ㄈ字型的PEC導體通道連接上下PEC平面，讓傳輸線兩端的參考平面彼此不是floating

8.3 當我們在SIwave內設定circuit port後，匯出到HFSS/HFSS 3D layout會變成什麼port?

Ans：SIwaves內的circuit port匯出到HFSS不會有東西，Alink->HFSS只認ball端與bond wire端自動生成port。SIwaves內的circuit port匯出到HFSS 3D layout默認是lump port (傳輸線往下方參考平面下lump port)，但如果lump port無法生成時會轉circuit port。

下圖左邊是一個circuit port放在兩條上層走線之間，右邊兩個circuit port則分別從兩條上層走線往下層參考平面下。

當SIwave(Alink)匯出到HFSS 3D layout後，左邊維持circuit port，右邊轉成Gap(Lump) port

8.4 當PCB從SIwave輸出到HFSS，走線端點是弧形，無法下lump/wave port，該如何處理?

Ans：請從SIwave export option做以下設定即可

  1. 參考文獻

[1] 為什麼端口參考的位置會影響串擾？