分析提取S參數(shù)需要注意的細(xì)節(jié) 保證仿真可以準(zhǔn)確的獲取到通道的性能

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

背景介紹

在高速數(shù)字領(lǐng)域，我們常將發(fā)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(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（ADS mometum/SIPro/EMPro等）提取評(píng)估通道的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，然后對(duì)時(shí)域仿真結(jié)果進(jìn)行分析。眼圖就是其中一個(gè)非常常見的分析對(duì)象。

但是，提取 S參數(shù)需要注意哪些細(xì)節(jié)，才能保證在時(shí)域仿真中可以準(zhǔn)確的獲取到通道的性能。本文檔對(duì)其中一些細(xì)節(jié)進(jìn)行了分析。

通道時(shí)域仿真

首先來看一個(gè)案例。下圖是一個(gè)時(shí)域通道仿真的電路，使用簡(jiǎn)單的通道，一對(duì)差分線，差分信號(hào)線兩端別接理想發(fā)射芯片模型與接收模型。信號(hào)速率為10Gbps，上升下降時(shí)間 20ps 。對(duì)下列電路進(jìn)行仿真 ：

獲得的眼圖如下所示：

這個(gè)眼圖結(jié)果非常好。眼寬為89.5ps，眼高為426mV。接下來，我們進(jìn)行一個(gè)實(shí)驗(yàn)，把傳輸線的S參數(shù)提取出來：

提取傳輸線的S參數(shù)

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，步進(jìn)1GHz：

仿真完成后，使用數(shù)據(jù)提取工具將仿真結(jié)果轉(zhuǎn)換為S參數(shù)文件：

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

獲得眼圖結(jié)果如下：

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

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

既然結(jié)果有改善，那么考慮繼續(xù)將步進(jìn)改小，設(shè)置為 0.01GHz，提取 S參數(shù)之后再進(jìn)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(jié)果更加的接近最原始的結(jié)果。當(dāng)然，步進(jìn)比較精細(xì)的時(shí)候確實(shí)更加的接近最原始的結(jié)果，但是也會(huì)帶來仿真的效率變低。

前面改變的都是提取S參數(shù)時(shí)的步進(jìn)，那么接下來，我們從另一個(gè)角度進(jìn)行分析，即在步進(jìn)為0.01GHz的條件下，改變提取S參數(shù)的帶寬，分別提取15GHz、20GHz和30GHz的S參數(shù)，并帶入到通道中進(jìn)行仿真，獲得的結(jié)果如下所示：

幾種仿真眼圖的眼寬和眼高分別如下所示：

從以上的結(jié)果分析可以看到，當(dāng)提取S參數(shù)的帶寬達(dá)到3倍帶寬的時(shí)，其結(jié)果更加接近最原始的結(jié)果。

結(jié)論：

1、當(dāng)頻率確定之后，隨著頻率步進(jìn)的提升，s參數(shù)模型的表現(xiàn)越來接近原始的結(jié)果；

2、當(dāng)獲取S參數(shù)的步進(jìn)確定之后，隨著提取S參數(shù)帶寬的升高， s參數(shù)模型表現(xiàn)越來接近原始的結(jié)果；

3、從前文的比較可以看到，當(dāng)仿真的數(shù)據(jù)速率為10Gbps，如果需要 S參數(shù)模型與原始表現(xiàn)幾乎相同時(shí)，在獲取S參數(shù)時(shí)，其S參數(shù)仿真設(shè)置為 0.01GHz 步進(jìn)， 30GHz 的頻率，實(shí)際提取過程可以通適當(dāng)?shù)膬?nèi)插入或自適應(yīng)算法，實(shí)現(xiàn)這一精度。