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[经验] 高速仿真提高信号质量,这两点你必须知道!(文末有彩蛋,不要走开)

2019-12-4 14:27:09  867 高速PCB设计 仿真 信号完整性
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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 :
11.jpg

获得的眼图如下所示:
12.jpg

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:
13.jpg

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:
14.jpg

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:
15.jpg

获得眼图结果如下:
16.jpg

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:
17.jpg

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:
18.jpg

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:
19.jpg

几种仿真眼图的眼宽和眼高分别如下所示:
20.jpg

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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下面是我们明晚(12月5日)8点的直播内容:

直播主题:
李增老师带你一起学习S参数的相关知识及提取解读分析优化S参数的方法

直播讲师:
李增
1、电子发烧友学院特邀硬件电路资深讲师,擅长实战开发训练。
2、曾经任职Layout工程师、电子工程师嵌入式工程师、高级硬件工程师等职务。
3、擅长模拟电路和高速数字电路的相关设计工作,曾多次带领团队独立完成开发项目,并成功上市商用,熟悉Allegro、Orcad,Sigrity,pads,AD,Multisim,ADS等EDA工具。
4、京东网、当当网畅销图书《Cadence高速PCB设计实战攻略》编者。
5、独立编写一套关于高速PCB设计、信号仿真、硬件电路的电子工程师课程教材。

直播主题:
S参数,建立在入射与反射微波关系上的网络参数,对电路设计非常有用。本次直播内容以S参数知识作为切入点,详细讲解S参数提取、分析和优化方法。

直播大纲:
啥是S参数?S参数的黑盒子物体行为特性分析分析办法?
2. S参数的频域特征观察,双端口网络传输通道的频域特性分析
3. S11,S21,S31,S41参数的解读和具体表示的意义,观测接收端的信号优劣判断
4. 差分模式信号,SDD,SCC,SDC,SCD具体表示的意义解读,信号优劣判断
5. Sigrity PowerSI提取S参数与实例解读参数相关操作演示与结果分析
6. S参数的优化和改进的策略与常用互联链路改善技巧

学习后你将获得哪些知识:
1、了解S参数的意义。
2、熟悉S参数的应用场景及S参数中传输通道分析指标标准。
3、掌握Sigrity PowerSI提取S参数与实例解读参数相关操作。
4、熟悉高速互联的常用优化链路技巧。

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lzr8585 2019-12-4 18:45:00
学习一下,感谢楼主分享
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nbalanqiu 2019-12-5 12:35:07
学习一下,谢谢分享
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lm12041204a 2019-12-11 09:23:55
感谢楼主分享!
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