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分析提取S參數需要注意的細節 保證仿真可以準確的獲取到通道的性能

QTv5_SI_PI_EMC ? 2018-01-16 15:47 ? 次閱讀

編注:仿真就講究的是“仿”和“真”兩個字,如何能把仿真兩字真正的融合在一起,需要注意很多細節。本文就介紹了非常重要的兩點。

背景介紹

在高速數字領域,我們常將發射端與接收之間的電氣部分稱為通道。通道性能是影響信號質量的關鍵因素之一。我們可以使用 ADS 對通道性能進行評估,典型的仿真步驟為先使用 EM 仿真引擎(ADS mometum/SIPro/EMPro等)提取評估通道的S參數(也可以實測獲得 S參數),再將S參數應用于時域仿真,然后對時域仿真結果進行分析。眼圖就是其中一個非常常見的分析對象。

但是,提取 S參數需要注意哪些細節,才能保證在時域仿真中可以準確的獲取到通道的性能。本文檔對其中一些細節進行了分析。

通道時域仿真

首先來看一個案例。下圖是一個時域通道仿真的電路,使用簡單的通道,一對差分線,差分信號線兩端別接理想發射芯片模型與接收模型。信號速率為10Gbps,上升下降時間 20ps 。對下列電路進行仿真 :

分析提取S參數需要注意的細節 保證仿真可以準確的獲取到通道的性能

獲得的眼圖如下所示:

分析提取S參數需要注意的細節 保證仿真可以準確的獲取到通道的性能

這個眼圖結果非常好。眼寬為89.5ps,眼高為426mV。接下來,我們進行一個實驗,把傳輸線的S參數提取出來:

提取傳輸線的S參數

使用S參數求解器對差分線的S參數進行提取,提取頻率范圍為0-20GHz,步進1GHz:

分析提取S參數需要注意的細節 保證仿真可以準確的獲取到通道的性能

仿真完成后,使用數據提取工具將仿真結果轉換為S參數文件:

然后在用上一步中獲取的S參數,替換傳輸線,進行通道仿真,仿真電路如下圖所示:

分析提取S參數需要注意的細節 保證仿真可以準確的獲取到通道的性能

獲得眼圖結果如下:

眼寬為62.5ps,眼高為198mV。很顯然,結果與之前用原始傳輸線仿真獲得的結果差異很大,眼圖裕量變小啦,噪聲和抖動都變大很多。為了弄清楚其中的問題,所以又做了如下實驗。將步進設置為 0.1GHz,提取 S參數,把獲得的S參數替換前面的S參數,獲得的眼圖結果如下所示:

眼寬為93.5ps,眼高為397mV。步進變小之后,結果有很大改善,與最原始的結果也非常的接近。

既然結果有改善,那么考慮繼續將步進改小,設置為 0.01GHz,提取 S參數之后再進行通道的仿真,獲得眼圖如下所示:

眼寬為89.5ps,眼高為403mV。很顯然,結果更加的接近最原始的結果。當然,步進比較精細的時候確實更加的接近最原始的結果,但是也會帶來仿真的效率變低。

前面改變的都是提取S參數時的步進,那么接下來,我們從另一個角度進行分析,即在步進為0.01GHz的條件下,改變提取S參數的帶寬,分別提取15GHz、20GHz和30GHz的S參數,并帶入到通道中進行仿真,獲得的結果如下所示:

分析提取S參數需要注意的細節 保證仿真可以準確的獲取到通道的性能

幾種仿真眼圖的眼寬和眼高分別如下所示:

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

從以上的結果分析可以看到,當提取S參數的帶寬達到3倍帶寬的時,其結果更加接近最原始的結果。

結論:

1、當頻率確定之后,隨著頻率步進的提升,s參數模型的表現越來接近原始的結果;

2、當獲取S參數的步進確定之后,隨著提取S參數帶寬的升高, s參數模型表現越來接近原始的結果;

3、從前文的比較可以看到,當仿真的數據速率為10Gbps,如果需要 S參數模型與原始表現幾乎相同時,在獲取S參數時,其S參數仿真設置為 0.01GHz 步進, 30GHz 的頻率,實際提取過程可以通適當的內插入或自適應算法,實現這一精度。

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規問題,請聯系本站處理。 舉報投訴
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原文標題:高速電路設計和仿真系列之一:影響精度的不僅僅只有軟件,更多的是一些細節

文章出處:【微信號:SI_PI_EMC,微信公眾號:信號完整性】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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