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分析提取S参数需要注意的细节 保证仿真可以准确的获取到通道的性能

QTv5_SI_PI_EMC 2018-01-16 15:47 次阅读

编注:仿真就讲究的是“仿”和“真”两个字,如何能把仿真两字真正的融合在一起,需要注意很多细节。本文就介绍了非常重要的两点。

背景介绍

在高速数字领域,我们常将发射端与接收之间的电气部分称为通道。通道性能是影响信号质量的关键因素之一。我们可以使用 ADS 对通道性能进行评估,典型的仿真步骤为先使用 EM 仿真引擎(ADS mometum/SIPro/EMPro等)提取评估通道的S参数(也可以实测获得 S参数),再将S参数应用于时域仿真,然后对时域仿真结果进行分析。眼图就是其中一个非常常见的分析对象。

但是,提取 S参数需要注意哪些细节,才能保证在时域仿真中可以准确的获取到通道的性能。本文档对其中一些细节进行了分析。

通道时域仿真

首先来看一个案例。下图是一个时域通道仿真的电路,使用简单的通道,一对差分线,差分信号线两端别接理想发射芯片模型与接收模型。信号速率为10Gbps,上升下降时间 20ps 。对下列电路进行仿真 :

分析提取S参数需要注意的细节 保证仿真可以准确的获取到通道的性能

获得的眼图如下所示:

分析提取S参数需要注意的细节 保证仿真可以准确的获取到通道的性能

这个眼图结果非常好。眼宽为89.5ps,眼高为426mV。接下来,我们进行一个实验,把传输线的S参数提取出来:

提取传输线的S参数

使用S参数求解器对差分线的S参数进行提取,提取频率范围为0-20GHz,步进1GHz:

分析提取S参数需要注意的细节 保证仿真可以准确的获取到通道的性能

仿真完成后,使用数据提取工具将仿真结果转换为S参数文件:

然后在用上一步中获取的S参数,替换传输线,进行通道仿真,仿真电路如下图所示:

分析提取S参数需要注意的细节 保证仿真可以准确的获取到通道的性能

获得眼图结果如下:

眼宽为62.5ps,眼高为198mV。很显然,结果与之前用原始传输线仿真获得的结果差异很大,眼图裕量变小啦,噪声和抖动都变大很多。为了弄清楚其中的问题,所以又做了如下实验。将步进设置为 0.1GHz,提取 S参数,把获得的S参数替换前面的S参数,获得的眼图结果如下所示:

眼宽为93.5ps,眼高为397mV。步进变小之后,结果有很大改善,与最原始的结果也非常的接近。

既然结果有改善,那么考虑继续将步进改小,设置为 0.01GHz,提取 S参数之后再进行通道的仿真,获得眼图如下所示:

眼宽为89.5ps,眼高为403mV。很显然,结果更加的接近最原始的结果。当然,步进比较精细的时候确实更加的接近最原始的结果,但是也会带来仿真的效率变低。

前面改变的都是提取S参数时的步进,那么接下来,我们从另一个角度进行分析,即在步进为0.01GHz的条件下,改变提取S参数的带宽,分别提取15GHz、20GHz和30GHz的S参数,并带入到通道中进行仿真,获得的结果如下所示:

分析提取S参数需要注意的细节 保证仿真可以准确的获取到通道的性能

几种仿真眼图的眼宽和眼高分别如下所示:

眼宽(ps) 眼高(mV)
原始(10GHz) 89.5 426
15GHz 93.5 439
20GHz 89.5 103
30GHz 90 425

从以上的结果分析可以看到,当提取S参数的带宽达到3倍带宽的时,其结果更加接近最原始的结果。

结论:

1、当频率确定之后,随着频率步进的提升,s参数模型的表现越来接近原始的结果;

2、当获取S参数的步进确定之后,随着提取S参数带宽的升高, s参数模型表现越来接近原始的结果;

3、从前文的比较可以看到,当仿真的数据速率为10Gbps,如果需要 S参数模型与原始表现几乎相同时,在获取S参数时,其S参数仿真设置为 0.01GHz 步进, 30GHz 的频率,实际提取过程可以通适当的内插入或自适应算法,实现这一精度。

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原文标题:高速电路设计和仿真系列之一:影响精度的不仅仅只有软件,更多的是一些细节

文章出处:【微信号:SI_PI_EMC,微信公众号:信号完整性】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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