提取S参数需要注意哪些细节

背景介绍

在高速数字领域，我们常将发射端与接收端之间的电气部分称之为通道。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 仿真引擎提取评估信道的 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，结果中可以对信号眼图进行显示与分析。

但是，提取 S 参数需要注意哪些细节，保证在时域仿真中可以准确的获取到信道性能。本文对一些细节进行了分析。

信号时域仿真

下图是一个时域通道仿真的电路图，使用简单的通道，一对差分线。

差分信号线两端分别接理想发射芯片模型与理想接收芯片模型。信号速率10Gbps ，上升下降时间20ps 。对下列电路进行仿真：

真实仿真结果

信号通过真实通道传输线模型，接收端获得的眼图仿真结果如下：

提取S参数

为了更便捷地完成本试验，在ADS中使用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，step为1GHz。仿真的原理图如下所示：

将通道替换为S参数

使用下列电路，将实际通道模型替换成此时的S参数模型，进行通道仿真：

左侧为使用实际通道时域仿真结果；右侧为使用S 参数提取后仿真结果：

从结果上可以看出，其差异非常大。

依照上面相同的方法，我们分别把提取S参数的step设置为0.1GHz、0.01GHz， 仿真的对比结果分别如下图所示：

我们看到，仿真得到的结果与实际的结果还是会有些差异。我们再把S参数提取到30GHz的带宽，其对比结果如下所示：

至此，我们看到仿真的结果就与实际的结果非常接近了。

结论

随着频率步长Step越来越小， S参数模型表现越来越接近原始模型；

随着S参数提取频率越来越大， S参数模型表现越来越接近原始模型；

从前文的比较可以看到，S参数提取的步长Step和S参数的最大频率都会影响到结果的真实性。当然，在ADS中仿真时，实际的提取过程可以通过适当的内插法或自适应算法，实现这一精度，而不需要通过离散的点扫描完成。

审核编辑：刘清