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

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(jié)。本文就介紹了非常重要的兩點。

背景介紹

在高速數(shù)字領域，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質(zhì)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(shù)（也可以實測獲得 S參數(shù)），再將S參數(shù)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(shù)需要注意哪些細節(jié)，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(jié)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(fā)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 ：

獲得的眼圖如下所示：

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(shù)提取出來：

提取傳輸線的S參數(shù)

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

仿真完成后，使用數(shù)據(jù)提取工具將仿真結果轉換為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，進行通道仿真，仿真電路如下圖所示：

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(shù)，把獲得的S參數(shù)替換前面的S參數(shù)，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(xù)將步進改小，設置為 0.01GHz，提取 S參數(shù)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(shù)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(shù)的帶寬，分別提取15GHz、20GHz和30GHz的S參數(shù)，并帶入到通道中進行仿真，獲得的結果如下所示：

幾種仿真眼圖的眼寬和眼高分別如下所示：

從以上的結果分析可以看到，當提取S參數(shù)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(shù)模型的表現(xiàn)越來接近原始的結果；

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

3、從前文的比較可以看到，當仿真的數(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，在獲取S參數(shù)時，其S參數(shù)仿真設置為 0.01GHz 步進， 30GHz 的頻率，實際提取過程可以通適當?shù)膬?nèi)插入或自適應算法，實現(xiàn)這一精度。