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本文藉由一個實際分析LQFP內部干擾所引起的EMI問題，來說明HFSS分析流程。

  1. 問題描述

  2. HFSS模型建立

  3. 以模擬環境複製(找出)干擾行為模式 -- 這步驟是關鍵

  4. 模擬與實際結果差異

  1. 問題描述 

某一顆IC的平台，遠場EMI測試發現有一根異常的81MHz能量從CVBS cable幅射出來，透過近場IC掃描(下圖所示)，發現noise source是27MHz PLL power and digital kernel power，可能在package內就耦合干擾到旁邊的CVBS。

  1. HFSS模型建立 

2.1 建立一個268mils x 268 mils的LeadFrame，與高度6mils的矽晶片；並且依實際bonding狀況，接上三條從LeadFrame外接grounding的bonding wire。(請注意，有一條bonding wire只從chip接到LeadFrame的地)

2.2 將關鍵的PLL power, Digital kernel power, Video output pin(CVBS)相對位置畫出

所有物件的大小、高度(die高，bonding wire弧高)、相對距離，必須盡量符合真實情況

2.3 在package外圍一圈ground ring，模擬所有的ground pin最後會在系統PCB上相接

2.4 以Lump model建立Excitation source與RLC load，共建兩組，分別模擬PLL power與digital kernel power

HFSS \ Excitations \ Assign \ Voltage

HFSS \ Boundaries \ Assign \ Lumped RLC

  1. 以模擬環境複製(找出)干擾行為模式 -- 這步驟是關鍵 

只要在模擬分析結束後，先選定背景空間(free space, air box)，再如下操作即可畫出3D的電磁場空間

3.1 pll_pwr simulation result

從3D電場強度分佈，可以很清楚的看出，因為pll_pwr pin旁邊有自己的gnd pin，所以整個noise會被封在一個有限區域的迴路中，這是沒問題的。

3.2 dig_pwr simulation result

從3D電場強度分佈，可以很清楚的看出，因為dig_pwr pin旁邊沒有自己的gnd pin，所以整個noise會在LQFP內亂竄，尤其對旁邊的CVBS pin，有很強的電場耦合

3.3 improve dig_pwr simulation result：在dig_pwr pin旁，多bonding一條ground wire從LeadFrame到external ground ring，模擬就近有一根自己的ground pin

從3D電場強度分佈，可以很清楚的看出，dig_pwr pin左邊加一條gnd pin，整個noise會被封在一個有限區域的迴路中。

假設無法單獨給該digital kernel power一個ground pin，而借用旁邊(右邊)的一根video ground呢?

從3D電場強度分佈，可以很清楚的看出，dig_pwr pin右邊加一條gnd pin，整個noise會被封在一個有限區域的迴路中，且更有效的阻隔了電場往右邊CVBS pin耦合。但因為借用Video GND pin來bond digital GND，可能會因此影響了Video Quality的SNR

  1. 模擬與實際結果差異 

從模擬結果看，應該在digital power bonding wire旁多加一條ground bonding wire應該可以解掉此問題。但實際實驗發現，借用video GND pin多bond一條digital GND (double bond)，是有輕微的改善了CVBS所帶出的81MHz輻射能量(降2dB)，但卻使得Video白電平SN大幅下降7dB。

所以這27MHz的三次諧波，不只透過封裝內的打線輻射耦合，且在DIE上就有相當程度的互相干擾。原因是這一版本的PLL IO設計略有over-drive(製成轉廠)，也就是27MHz晶振的起振電路設計推力較強，最後的系統端解法是加大XIN、XOUT之間的跨接電阻，整個CVBS所帶出的27MHz三階諧波就大幅下降了。

從雜訊源 頭解問題，通常會比從耦合路徑解，或從接收端(被干擾端)解問題，效果來的好

此例的模擬過程中，由於無法取得IC power/ground model，僅假設干擾主要發生於封裝設計階段，故出現模擬結果於實際量測後所下的對策有所差異

  1. Reference 

[1] Dmitry Fliter, "Package Simulations For Mitigating Noise Coupling Onto Sensitive RF signals", CSR, DesignCon 2015.