PCIe SerDes 全流程实战

模拟部分——开发环境介绍

1 EDA和工艺库

本项目采用 Cadence Virtuoso （版本 IC23.1）作为模拟电路设计平台，工艺库为 UMC 28 nm。 Cadence Virtuoso 是 Cadence Design Systems 推出的旗舰级定制 IC 设计平台，专为模拟、混合信号及 RF 芯片开发而设计。它在统一的工作界面中集成原理图输入、版图编辑和参数化单元库，并提供直观的操作体验。内置的 Analog Design Environment (ADE) 可从单次电路验证轻松扩展到在云端并行运行数万次仿真，显著提高设计覆盖率与收敛速度。Virtuoso Layout Suite 通过层次化的多边形版图工具支持不同工艺节点，并配合可定制的设计规则检查与布局优化功能，帮助工程师快速完成高品质版图。

2 Matlab serdes designer

在 MATLAB 中，可通过 serdesDesigner('pcie4_txrx_ami') 命令直接生成符合 PCIe Gen 4 规范的serdes工程。 MATLAB 的 SerDes Designer 是 SerDes Toolbox 里的可视化应用，专门用于高速SerDes链路的架构探索与性能验证。用户可以在图形界面中快速拼装 TX/RX 模块（如 FFE、CTLE、DFE、CDR），对信道脉冲响应做统计 BER 分析，并查看眼图、浴缸曲线、COM 等指标，以评估均衡策略和抖动裕量。设计完成后，可一键导出 Simulink 模型或 MATLAB 脚本，继续进行时域仿真或自定义控制参数，并生成符合 PCIe、USB、Ethernet 等标准的 IBIS-AMI 模型，方便与硬件团队协同。通过 MATLAB 工具条的 Apps 标签或在命令行输入 serdesDesigner 即可启动该应用，为高速数字互连或 DDR5 类存储 PHY 的前期设计提供高效、准确的端到端解决方案。

3 Keysight ADS 和 Ansys Electronic HFSS

ADS 用于高频与射频电路建模，HFSS 则用于三维电磁仿真。鉴于本项目对信号完整性的简化处理，这两款工具无需直接介入。 Keysight 的 PathWave Advanced Design System（ADS）是业界主流的射频/微波与高速数字电路 EDA 平台，最新版 ADS 2024 将 SystemVue 的系统级架构探索功能整合为 RF System Explorer，并支持 RFIC、MMIC、天线、封装与 PCB 的三维电磁-电热协同仿真。Ansys Electronics 旗下的 HFSS 则是一款 3D 全波高频电磁场求解器，覆盖天线、PCB、IC 封装、高速互连等应用，可输出业界基准级的 S 参数、谐振特性与近远场分布。

4 Polor Si9000

Polar Si9000 可计算传输线模型及 PCB 相关参数。进行 Virtuoso 信道仿真时，将引用其计算结果。 Polar Si9000是一款由 Polar Instruments 开发的二维多媒质传输线场求解器，广泛应用于高速PCB设计与制造流程。它能够对100多种常见单端与差分走线结构进行快速、频率相关的阻抗与插入损耗建模，输出完整的RLCG参数，并支持将结果以Touchstone等格式导出，方便后续仿真与数据分析。

5 LTspice，Qspice，Ngspice，SpiceSharp等其他电路仿真工具

尽管 Cadence Spectre 功能强大，但在快速验证设想时可能流程繁重。此时可选择轻量级或开源仿真器；当仿真结果与预期不符时，部分开源工具也有助于排查算法问题。