如何在Smith圆图上以指定阻抗点为参考阻抗绘制等VSWR圆?学习ADS仿真的方法有什么?

文摘   2024-11-18 06:51   马来西亚  

使用 ADS软件的自定义函数,在数据显示窗口中的 Smith圆图中,以指定阻抗点为参考,绘制等 VSWR圆。如下图所示,使用vswr_circle函数,以Z_val1(归一化)阻抗为中心,绘制等 VSWR圆:

Vswr_circle () 函数说明:

语法:y = vswr_circle(zCenter, numOfPts, numCircles, stepSize,desired_vswr)

zCenter:归一化阻抗,可以是一维扫描量;

numOfPts:构成vswr圆的点数,缺省值为51;

numCircles:绘制vswr圆的数目,缺省值为3;

stepSize: 每个vswr圆之间的VSWR步进值,缺省值为1.2;

desired_vswr: 希望在哪些vswr点上绘制圆;当输入此项后,前面的numCircles和stepSize将失效。

典型用法:

circleData = vswr_circle(zCenter)

circleData = vswr_circle(zCenter, 51, 3)

circleData = vswr_circle(zCenter, 51, 3,2)

circleData = vswr_circle(zCenter, 51,,,{1.2,2.3,4.2,5})

circleData = vswr_circle(zCenter,,,,{1.2,2.3,4.2,5})

自定义函数的安装:

1)找到ADS软件 HOME目录

ADS软件的HOME目录一般是指ADS软件启动后的第一个目录,该目录下包含hpeesof子目录,如下图所示

如果不确定ADS 软件的HOME目录,可以在主窗口中点击 Tools-> Command Line,并输入下面的命令:

de_info(getsysenv("HOME"));

点击 Apply运行该命令,会有弹出窗口给出当前的HOME目录信息:

2) 进入 HOME目录下的hpeesof\expressions\ael目录中,如果目录不存在,请创建相应的目录。

将附件中的vswr.ael文件拷贝到ael目录下。

如果ael目录下包含user_defined_fun.ael文件,用记事本打开该文件;如果没有,请创建该文件并用记事本打开,在文件最后一行,加入一段:

load("vswr_circle.ael");

退出 ADS软件,重新启动。ADS软件启动后,在刚才的ael目录中应该出现新的user_defined_fun.atf和vswr_circle.atf文件,说明设置无误,可以开始进行仿真或者数据处理。

目前很多企业都在使用Keysight的ADS通道仿真解决方案进行设计,通道仿真解决方案仿测精度非常高,仿真效率也高,為产品迭代优化节省了宝贵的时间。

ADS是什么意思?

ADS (Advanced Design System) 是美国是德科技(Keysight)公司推出的微波电路和通信系统ADS仿真软件。ADS软件主要用于微波射频电路、DSP和通信系统、RFIC/MMIC等仿真设计领域。

ADS软件主要功能:

射频模拟电路、系统仿真
数字信号处理(DSP)和通信系统仿真设计

通道仿真(Channel simulation)

艰巨的技术挑战催生了突破性的新技术。如果瞬态仿真 (SPICE) 无法满足设计 现代高速数字电路板的需求,这种情况常常就需要用到通道仿真。 

什么是仿真?

仿真就是把实际系统建立成物理模型或数学模型进行研究,然后把对模型实验研究的结果应用到实际系统中去,这种方法就叫做模拟仿真研究,简称仿真。

为什么通道仿真?

通道仿真可以快速分析高速串行和并行通信链路中的通道。一般情况下,通道仿真器能够在几分钟内处理上百万比特码型,从而精确分析眼图属性,包括 密度、宽度、高度、浴缸曲线和BER轮廓。通道仿真器考虑了码间干扰、随机抖动、串扰、编码、均衡以及高速数字设计人员感兴趣的其他效应。

通道仿真能够增强您的信心,确保整个高速数字板设计满足所有技术指标要求。您可以通过通道仿真来优化 PCB 互连和均衡协同工作的复杂系统。

怎么仿真眼图?

通道仿真的两个应用

第一个应用:400G以太网 

在当今的互联世界,人们对于集中化数据的需求不断增长,推动以太网持续创新。400G 以太网代表了 PCB上电气接口的一个重要且具有颠覆性的技术 进 步。400G 可以通过两种调制技术来实现:非归零和四电平脉冲幅度调制(PAM4)。

虽然 PAM4 支持更高数据吞吐量,但基于 PAM4设计却更容易受到噪声影响,因为它们用两个比特的幅度变动表示四个信号电平。为了处理更高数据吞吐量,我们可以采用输入/输出缓冲区信息规范——算法建模接口 (IBIS-AMI) 模型。借助 IBIS-AMI 模型,您可以精确表征发射机和接收 机的性能。该模型还具有可移植性,能提供 IP保护、互操作性和更快的仿真能力。

在选择厂商提供的 IBIS-AMI模型时,必须进行通道仿真;否则的话, 您无法通过抖动、均衡以及时钟和数据恢复来精确仿真复杂的信号链路。要最大限度地减少因为阻抗变化(尤其是通过过孔)产生的码间干扰,全通道仿真就显得尤为重要!

第二个应用 :双倍数据速率存储器 

随着双倍数据速率 (DDR) 存储器更新换代,其设计也变得越来越复杂。仿真和测试配置的复杂性也与之俱增,导致需要更长的仿真和测试设置时间。更高的复杂性意味着:关联仿真数据和测试数据存在更大挑战,并且影响设计的置信度,导致更长的故障诊断周期,最终使设计难以如期交付。设计人员在设计存储器系统时,除了必须要应对开发时间缩短、电压裕量变小的挑战,还要执行众多复杂的一致性测量,以确保其产品设计能可靠工作。对于最新的 DDR5 和 LPDDR5 标准,随机抖动尤为重要。设计人员需要确信他们的存储器设计可以通过超低 BER 的接收机模板测试。通过通道仿真,您可以信心十足地对 DDR5 及更复杂的存储器进行建模。设计裕量不断被压缩,存储器设计中出现错误的空间越来越小。通道仿真可以快速 计算极端情况。

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高速数字设计所需的四个关键注意事项

先进的ADS通道仿真器技术

由于瞬态仿真(SPICE)无法满足模板裕量测量的需求,达不到非常低的比特误码率(BER), 为了满足高速链路设计的需要,通道仿真应运而生。

在通道仿真之前,瞬态仿真是仿真高速链路设计的主要方法。然而,设计人员要克服困难重重的技术挑战:当误码率为 1e-9、1e-12 或 1e-16 时,我的裕量如何?这些问题超出了瞬态仿真的能力范围,因为所需的时间步骤数量超出了实际采用的方法极限。通过通道仿真计算 BER曲线是解决这一挑战的方法之一。

通道仿真和瞬态仿真的区别

在评估高速通道的性能时,过去经常采用瞬态仿真(Transient simulation)来查看接收端的时域特性(如眼图),当然这也是我们测量的惯用手法,也是我们数据在在接收端的真实状态。但是随着信号速率的不断增加,我们需要考虑的因素越来越多,或者说之前不起眼的因素会对我们的信号质量产生严重的影响,如:抖动、串扰等等,为了解决这些问题我们就必须采用一些均衡(EQ)措施,或者采用编码等方法。此外,由于处理的数据量增加,瞬态仿真非常的耗时间,这样看来瞬态仿真就显得力不从心了。为了解决上述问题,Keysight推出了通道仿真解决方案,这篇文章我们就来学习如何在ADS中进行通道仿真,以及通道方针所涉及的一些问题。

通道仿真和瞬态仿真的区别是什么?

二者最根本的区别在于对通道的特性的处理算法上不一样,瞬态仿真采用的是求解偏微分方程(基尔霍夫电压电流方程),而通道仿真这是求解通通道的脉冲响应,然后再加以处理。正是基于这样的算法,使得通道仿真的计算非常的高效,同时也保证了精度。

ADS通道仿真方面的技术优势始于 Fangyi Rao 博士在 2006 年获得的专利技术 — 在带宽有限的频域模型中纠正无源性,同时确保因果关系。Rao 博士的工作确保 ADS成为在一个原理图中处理S参数模型与电路模型组合级联的更精准解决方案。时至今日,创新的步伐仍在继续,ADS通道仿真器被广泛视为行业标准。ADS进一步拓展通道仿真器的功能。

要更好地了解ADS通道仿真功能,请参阅以下两个示例:

ADS通道仿真示例 1

设计人员 A 经常处于早期的版图前期设计阶段,没有选择特定的 IC 厂商。IBIS-AMI 发射机(Tx)模型在链路的一端,但是另一端没有合适的 IBIS-AMI 接收机(Rx)模型。重点是通道设计和需要提出某些版图约束条件,但是在接收机设置方面没有专业技术经验。他希望使用 ADS 中的通用接收机组件(Diff_Tx),该组件可以计算接收机的最佳 FFE 和 DFE 抽头, 甚至可以自适应调整接收均衡。

解决方案

在ADS软件中,设计人员可以使用 ADS软件中的通用接收机组件(Diff_Tx),它可以计算接收机的最佳 FFE 和 DFE 抽头,甚至可以自适应调整接收均衡。ADS 允许设计人员混合搭配IBIS-AMI 模型和非 AMI 通用内置模型以及 SPICE(图1)。此外,通道仿真器现在直接支持IBIS 包(.pkg)条目,并且支持的范围比以前更广泛。它甚至可以在正式的 IBIS 解析程序发布之前便为 IBIS v6.1 提供标准前的支持。IBIS 模型的超频就是新 v6.1 内容的一个例子。

图 1. 借助ADS软件,设计人员可以混合搭配使用 IBIS、IBIS-AMI、SPICE 和通用内置模型中的模型。

ADS通道仿真示例 2:

设计人员希望根据特定的链路规范进行设计,并且需要 Tx 和 Rx 模型。

解决方案:ADS 包含用于 PCIe3、USB 3.1 和 100GbE 标准的 IBIS-AMI Tx 和 Rx 模型。这些模型附带一致性测试台和/或工作区模板。两个主要示例是用于 MIPI® C-PHYSM、D-PHYSM 和M-PHY® 的模板,以及用于 PCIe 3 标准 EQ 预设置的工作区,这些工作区已添加到 PCIe 3 一致性测试台中,可以用于批处理模式的仿真(图 2 和图 3)。

图 2. ADS软件为 MIPI M-PHY 仿真提供了一个模板。

图 3. ADS软件拥有用于 PCIe 3 标准的 EQ 预设置,其已添加到 PCIe 3 CTB 中。

ADS软件支持PAM4仿真

为了测量 PAM4信号,Keysight EDA 的 ADS软件提供通道仿真算法来测量每个眼图的 SER 曲线图,为每个眼图提供时序和电压曲线。

图 5. ADS软件支持PAM4仿真

EDA 的先进设计系统ADS仿真软件中的通道仿真算法与是德科技测试仪器中使用的测量算法相同。此外,ADS通道仿真得到的波形可以传输给 Keysight FlexDCA,以便进行仿真与测量的关联。在此,Keysight EEsof EDA 提供了一种方法来校准仿真和测量结果,进而实现更快的数据速率。

图 6. ADS通道仿真波形可以传输到 FlexDCA 中,进行仿真与测量的关联。

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