提取S參數(shù)需要注意哪些細(xì)節(jié)

背景介紹

在高速數(shù)字領(lǐng)域，我們常將發(fā)射端與接收端之間的電氣部分稱(chēng)之為通道。通道性能是影響信號(hào)質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。我們可以使用 ADS 對(duì)通道性能進(jìn)行評(píng)估，典型的仿真步驟為先使用 EM 仿真引擎提取評(píng)估信道的 S 參數(shù)（也可以實(shí)測(cè)獲得 S 參數(shù)），再將 S 參數(shù)應(yīng)用于時(shí)域仿真，結(jié)果中可以對(duì)信號(hào)眼圖進(jìn)行顯示與分析。

但是，提取 S 參數(shù)需要注意哪些細(xì)節(jié)，保證在時(shí)域仿真中可以準(zhǔn)確的獲取到信道性能。本文對(duì)一些細(xì)節(jié)進(jìn)行了分析。

信號(hào)時(shí)域仿真

下圖是一個(gè)時(shí)域通道仿真的電路圖，使用簡(jiǎn)單的通道，一對(duì)差分線。

差分信號(hào)線兩端分別接理想發(fā)射芯片模型與理想接收芯片模型。信號(hào)速率10Gbps ，上升下降時(shí)間20ps 。對(duì)下列電路進(jìn)行仿真：

真實(shí)仿真結(jié)果

信號(hào)通過(guò)真實(shí)通道傳輸線模型，接收端獲得的眼圖仿真結(jié)果如下：

提取S參數(shù)

為了更便捷地完成本試驗(yàn)，在ADS中使用S參數(shù)求解器對(duì)差分線的S參數(shù)進(jìn)行提取，提取頻率范圍為0-20GHz，step為1GHz。仿真的原理圖如下所示：

將通道替換為S參數(shù)

使用下列電路，將實(shí)際通道模型替換成此時(shí)的S參數(shù)模型，進(jìn)行通道仿真：

左側(cè)為使用實(shí)際通道時(shí)域仿真結(jié)果；右側(cè)為使用S 參數(shù)提取后仿真結(jié)果：

從結(jié)果上可以看出，其差異非常大。

依照上面相同的方法，我們分別把提取S參數(shù)的step設(shè)置為0.1GHz、0.01GHz，仿真的對(duì)比結(jié)果分別如下圖所示：

我們看到，仿真得到的結(jié)果與實(shí)際的結(jié)果還是會(huì)有些差異。我們?cè)侔裇參數(shù)提取到30GHz的帶寬，其對(duì)比結(jié)果如下所示：

至此，我們看到仿真的結(jié)果就與實(shí)際的結(jié)果非常接近了。

結(jié)論

隨著頻率步長(zhǎng)Step越來(lái)越小， S參數(shù)模型表現(xiàn)越來(lái)越接近原始模型；

隨著S參數(shù)提取頻率越來(lái)越大， S參數(shù)模型表現(xiàn)越來(lái)越接近原始模型；

從前文的比較可以看到，S參數(shù)提取的步長(zhǎng)Step和S參數(shù)的最大頻率都會(huì)影響到結(jié)果的真實(shí)性。當(dāng)然，在ADS中仿真時(shí)，實(shí)際的提取過(guò)程可以通過(guò)適當(dāng)?shù)膬?nèi)插法或自適應(yīng)算法，實(shí)現(xiàn)這一精度，而不需要通過(guò)離散的點(diǎn)掃描完成。

審核編輯：劉清