光电联合仿真知识谱图

模拟电路仿真域（Electronics / SPICE Domain）

SPICE 基础

  • KCL/KVL 数学框架
  • 瞬态 / 直流 / 交流分析
  • 器件模型（MOSFET、BJT、RLC）
  • .MODEL、.SUBCKT、.PARAM、.MEAS
  • 数值求解（Newton–Raphson、稀疏矩阵）

先进 SPICE 求解器

  • Spectre / HSPICE / ADS Transient
  • Shooting method
  • Harmonic Balance (HB)
  • Envelope Simulation（高速链路必用）
  • X-parameters（非线性大型信号行为模型）

S 参数与电路网络表示

  • S 参数、Z/Y/ABCD Matrix
  • Touchstone 文件 (.s2p/.s4p)
  • 级联、去嵌、端口匹配
  • 频域 → 时域：IDFT/HT

行为模型 / Mixed-Signal

  • Verilog-A
  • Verilog-AMS
  • SystemVerilog-AMS（高级）
  • IBIS / IBIS-AMI（SerDes 模型）

光学仿真域（Optics / Photonics Domain）

光场基础理论

  • Maxwell 方程组
  • 亥姆霍兹方程
  • Rytov 与 Born 近似
  • Jones 矢量、Stokes 参数
  • 相干光与部分相干光

光纤传输模型

  • 色散（β1/β2/β3）、群速度
  • PMD、一阶/二阶 PMD
  • 非线性：SPM / XPM / FWM / Raman
  • Manakov 方程
  • Split-Step Fourier Method（SSFM）

光器件模型（Verilog-A/VPI/Interconnect）

  • DFB/EML/LD 激光器
  • IQ 调制器（MZM）
  • 光电探测器：PIN/APD
  • TIA（噪声、带宽）行为模型
  • SOA / EDFA
  • WDM 解复用器
  • 环形谐振腔（SiPh）模型

光仿真器

  • VPIphotonics
  • Lumerical INTERCONNECT
  • OptiSystem
  • COMSOL 波导求解（模式场直径）

电磁仿真域（EM / RF / Packaging Domain）

高频电磁基础

  • Maxwell 方程在频域
  • TEM/TE/TM 模式
  • WDM AWG 波导耦合模式
  • 波导色散与模式求解

EM 仿真工具

  • HFSS（封装）
  • CST（互连走线）
  • Lumerical FDTD / MODE
  • SiPh 波导损耗提取

Multi-physics

  • 热-电-光耦合
  • Stress-optic interaction
  • Thermal tuning（硅光调制器）

Chiplet / CPO 封装仿真

  • 光电互连耦合效率
  • 电连接器 / bump / microstrip
  • Co-packaged 光模块（CPO）S 参数提取

系统级链路仿真（Optical Communication System Domain）

信号与调制

  • NRZ / PAM4 / PAM6 / QAM
  • PRBS 序列
  • AWGN / phase noise
  • RRC / Nyquist 滤波器

接收链路与参数

  • Eye Diagram、Constellation
  • BER / SER / Q-factor
  • OSNR / SNR
  • Extinction Ratio
  • ADC/DAC quantization

DSP 算法（重点）

  • 分数间隔均衡 (FFE)
  • 决策反馈均衡 (DFE)
  • CTLE、VGA
  • CDR、phase recovery
  • Kramers–Kronig detection
  • CMA / RDE（相干 DSP）

工具

  • MATLAB
  • Python（NumPy/SciPy）
  • DSP Builder

联合仿真框架（Co-Simulation Domain）

数字 + 模拟联合仿真

  • Verilog（DSP） + Verilog-A（Analogue）
  • AMS Designer（Cadence）
  • ADS Transient + Verilog-A
  • LTspice/Ngspice + Verilog-A

模拟 + 光学联合仿真

你现在最常做：ADS ↔ VPI ↔ MATLAB

  • ADS 电路输出 → VPI 光链路
  • VPI 光场 → ADS TIA → MATLAB DSP
  • 多物理域数据格式：WAV、CSV、bin、user-defined

EM + Circuit + Optical 三级联合仿真

  • HFSS 提取 S 参数 → ADS
  • ADS 输出驱动波形 → VPI
  • VPI 输出光场 → MATLAB

这是 CPO 联合仿真的主流方式

仿真工程化能力（Simulation Engineering Domain）

模型管理

  • 参数扫描
  • 自动化 sweep
  • Monte Carlo

数据分析

  • Python 自动分析 S 参数
  • Impulse response (h(t)) 提取
  • De-embedding、TDR
  • 滤波器设计

文档与部署

  • 建立链路仿真平台
  • 统一接口（ADS ↔ VPI ↔ MATLAB）
  • 行为模型库（Verilog-A）建设
  • 仿真验证体系（simulation validation）