AllegroPCBSI-一步一步學(xué)會S參數(shù)在SigXplorer中的運用

1、Allegro PCB SI一步一步學(xué)會S參數(shù)在SigXplorer中的運用Lear n S-parameter in SigXplorer Step by StepDoc ScopeDoc NumberAuthorCreate DateRev:Cade nee 16.5:SFTEC11008:Daniel Zhong:2011-11-25:1.00Your Best PCB SolutjonCHANNEL PARTNERYour Best PCB SolutjonCHANNEL PARTNERcadenceYour Best PCB SolutjonCHANNEL PARTNERSofer

2、Tech no logy Co., Ltd目錄1 S參數(shù)的簡介 32 S參數(shù)的提取 33 S參數(shù)的導(dǎo)入 124 小結(jié) 17P 2 / 171 s參數(shù)的簡介無源網(wǎng)絡(luò)如電阻，電感，電容，連接器，電纜，PCB線等在高頻下會呈現(xiàn)射頻、微波方面的特性。S參數(shù)是表征無源網(wǎng)絡(luò)特性的一種模型，在仿真中即用 S參數(shù)來代表無源網(wǎng)絡(luò)，因此，S參數(shù)在射頻、微波和信號完整 性領(lǐng)域的應(yīng)用都很廣泛。用一句簡單的來定義，S參數(shù)就是描述各個端口入射波（信號）和反射波（信號）比值關(guān)系關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，也叫做散射參數(shù)。F圖很清晰地表征了雙端口網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)定義。Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer

3、 Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., LtdCopyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., Ltd多端口的S參數(shù)一般用矩陣表示，例如下圖。其中Sij表示入射端口為j，檢測端口為i。Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., LtdCopyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Tec

4、hnology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., LtdS參數(shù)最常見的文件格式是touchstone，touchstone文件是一種被用于各種仿真軟件的標準格式的文件， 仿 真軟件中調(diào)用此文件來代表一個器件或電路。touchstone文件名都是以.snp為后綴名，n表示端口數(shù)，s2p即表示一個2端口網(wǎng)絡(luò)，s4p表示4端口網(wǎng)絡(luò)。touchstone格式標準可以在本站 技術(shù)文檔中下載。Cade nee SigXplorer支持對多端口（最多12端口）傳輸線網(wǎng)絡(luò)提取S參數(shù)，輸出格式為touchst one，也支 持touchstone格式S參數(shù)的導(dǎo)入。本文介紹了在Ca

5、de nee SigXplorer中如何提取S參數(shù)，以及如何將現(xiàn)有的S參數(shù)文件導(dǎo)入并進行仿真。2 S參數(shù)的提取對于S參數(shù)的提取，我們使用Cade nee SPB 16.5自帶的一個例子。拓撲文件位于<CDSROOT>docCAtutorialexamples ，其中 <CDSROOT> 表示 Cade nee SPB 的的安裝目錄，例如 D:CadenceSPB_16.5，文件名是ca_bp.top，我們可以將此文件以及同一目錄下的模型文件ca_bp.dml和ca_bp.iml都拷貝到一個新目錄下，本案例中是 E:tmp?？梢栽陂_始菜單中選擇右方圖標，以打開SigXpl

6、orerSigXplarerCopyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., LtdCopyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., LtdP 3 / 17Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., Ltd在彈出的 Cade nee Product C

7、hoices 窗口中選擇 Allegro PCB SI GXL，或是 Allegro PCB SI XL （需要加選PCB SI Multi-Gigabit 選項），并點擊 OK。注：需要有上述兩個license之一才能執(zhí)行S參數(shù)的提取。在打開的SigXplorer窗口中選擇File - Open，然后在打開的瀏覽窗口中找到 E:tmpca_bp.top，選擇打開， 這樣SigXplorer窗口如下圖顯示。(注意到原始的top文件版本存在一個bug，VIA10的S8_V2_2端點沒有和傳輸 線PCB2左下方的端點相連，使得差分對的負向傳輸線實際上的斷路。需要依次點擊上述兩個端點使之相連。)HI

8、 社 Edit jleu Setup 白 mml/Decadencet呂目rpz_&elPCB 9cis_bp-t 口 f 1.D Prajecij ytirnP 6 / 17Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., Ltd先確認此拓撲文件所用的所有模型都在 SigXplorer的庫路徑下。打開 SigXplorer ( license 使用 PCB SI GXL 或PCB SI XL Multi-Gigabit )，在菜單欄中選擇 Analyze - Model

9、Browser，在彈出的 SI Model Browser 窗口 中點擊 Set Search Path 按鈕。P # / 17Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., LtdHSPICE ModelsSPECTRE ModelsI ILL ModelsDML ModelsIBIS ModelsSPICE Models屮 SI Model BrowserLibrary Filter11 Device Libr&riesjModel Type Fi11er|盤呵Jbi

10、口del Name PatternrModel N曰meModel TtpeP 7 / 17Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., Ltd012345678-1- oo 4- LO rb nlr oo Qy 1- 1X 1ESpiceDevice BoardModel ESpiceDevice Design!ink tesignLink DesignLink EEpiceDevice ESpiceDevice ESpiceDevice IbisinputIbisOutpu

11、t IbisTerminator Ibislnput Ibisinput Ibislnput Ibisinput ItislnpntIbisIO T 卜,JTC4 Fort hln2_pos bp_GOTin BED1 U11 oil?BRDl_Ul_to_BRB2_U2 BKD 1_U2_2_U1C20p_withpkg cab1e_espice 匚曰口 aiuit orSOpF ca_lab_inCDSDefaultACTerminator CDSDef aiil tlnputCDSDefaultInput_lp8vCDSDef aiu it Inputs 2pSvCDSDef aiult

12、lnput_3p3v CDSDefaulLlnput_EvCDSDef aiul tIOP HQ Pi 1=1 f nit 1 十 T A Mil 1 + i 卜二 ittqLiborary:Library hlgmtWorking Libra.ry : devices .且皿丄fI1 l| |9Add ->DeleteEditSelect Model EditorCloseSearchRetreshHelp在彈出的 Set Model Search Path 窗口 中點擊 Add Directory 按鈕'_L_l在彈出的Select New Search Directory

13、窗口中輸入AMI模型所在目錄（本案例是 E:tmp），并點擊OK。P 8 / 17Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., LtdCopyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., Ltd在Set Model Search Path 窗口 中點擊 Move to Top 按鈕MweToTop將"E：tmp ”目錄移動至最頂部，目的是使優(yōu)先搜索此路徑并優(yōu)先

14、選用此路徑下搜索到的模型（如果存在多個同名模型的話），選擇OK確認。P 6 / 17Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., LtdRerrMve DirectoryAdd Director.Set Model Search PatlDbectori憐 To Be Eesghed hr N odd File?EAtniD;Cad«nceSP&_16.畀 hai eloc d 口此論劃昂D!Cad«nceSPB_16.5sli3(ep tbkii

15、gnallE:LIBibisD:'CbTwhu亡EPR_ 1E. 5$ha(已 W cbai gn 已曰_in2giCopyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., LtdCopyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., LtdReset ? DefaultFile ExtensionsMultipleil色 extensions ahould be 加口ara

16、led using commas.Reset Ta DefaultOKCancelHelpCopyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., Ltd然后執(zhí)行S參數(shù)的提取。點擊Analyze - S Generation，在彈出的 S-Parameter Generation 窗口中，在 Start Frequency 欄（起始頻 率）輸入 50MHz，在 End Frequency 欄（終止頻率）輸入 20GHz，在 Number of Frequency Points 欄（采樣頻

17、率點總數(shù)）輸入400，在Freque ncy Sweep Type欄（頻率掃描類型）保持Lin ear （線性），在Refere nee Impeda nee 欄（參考阻抗）保持50ohm，而Step Size欄（步長）會根據(jù)前4項顯示50ohm 。P 7 / 17Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.sorestWut fli電PCS SoiMBSofer Tech no logy Co., Ltd注：一般起始頻率不宜設(shè)定為0, 50MHz或100MHz的步長是一個比較好的選擇，更小的步長雖然會更精確, 但會導(dǎo)致更

18、長的仿真時間。點擊Set Port for Each IOCell左邊的Add按鈕心 I,將所有IOCell設(shè)定為S參數(shù)的端口，端口名按照IOCell_PinNumber定義，例如本例中DOUTP2的管腳3所連接的端口就命名為DOUTP2_3。P 8 / 17Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., LtdDlttfD0UTP2CUSTOMH_<i?vke do冊* ca_Iab_ouiDINP27RIS7ATE 吧嚴 RX_dev i ce“ lab i nP 14

19、 / 17Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., LtdP # / 17Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., Ltdca Iab outco I olj i n£ilt EE曲rapfi 1c>Me 工i前 日電口cadence丸丸包豈Q我Q 丄卜+十嚴/一 ?-:* 金* HI SinWi卜 口 Carte-siir O =.&#

20、171;. L'3 屮廠兇叵j曠護.$ R »L： tmp S Para 】s4pSub-TiKt!J*J噸電 GH5J 畫aaa 一 T 于 4aLh BI丄審 Flf4>_ft二P 工SLJ-UiSI J Mi訂MlSL ZiL XLSuTJ-MsgH UhCl J AJ-kCl 1SiJ訊SS.IlliKJ 1 _Ub54 4-Ms” i花VSt Z10F?r 疔JtiiE CHz；P 15 / 17Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., L

21、tdCopyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., Ltd同時，也會彈出一個log文本窗口顯示S參數(shù)生成的日志?？贑opyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., LtdFile Cloie Help* Hf-iHt-*-#*it*-*-*-*#*-*It-SParameter Genexation LogLeg File：E:Ztmp/s：igKp_wp且：ramg

22、en_:rep（Di't.丄ogTcptilog Fi丄總：E ： /1np/ea_t）ip. tapCieated Date:Nov 27 23:19：OS 2011S-Paraneter Generat ion SU 匚 CEEDED. The f clloving files haive been ere a ted/updated:Touchstone File:E.s4pDevice Medel Library: E:xtmpXE'xtmpXdevices.dm!EParaineter Port Mapping- InfrBation:PortD0UTP2_2 mP2

23、_2D0UTP2_3DINF2 3Fort IndeK No.1234"End of Log "我們可以在拓撲文件所在目錄下（本案例是 E:tmp）找到S_Para_1.s4p文件。在上面的提取中，我們并沒有刪除與無源網(wǎng)絡(luò)相連的lOCell，這會不會影響到我們所提取的S參數(shù)呢。我們 可以回到SigXplorer畫布界面中，按住Ctrl鍵點選兩個lOCell，然后點擊刪除按鈕 。然后點擊 An alyze - S Gen eratio n，在彈出的 S-Parameter Gen eratio n 窗口中點擊 Edit Port 按鈕Edit Port。在彈出的Port -

24、Editing對話框中選擇Add。此時一個Port圖示會自動出現(xiàn)在鼠標下方并跟隨鼠標移動。將鼠標點擊傳輸通道左上方的端點。10PMSIV1A1M5210PtOOO.OO NIL JOJ 4 西 qnihSO.00 MIL50.51 J ohtn在彈出的對話框中輸入端口的名字，這里設(shè)為 1,點擊OK確認。依次點擊通道右上方、左下方和右下方的端點，并依次輸入2、3、4端口名，然后點擊Port - Editing對話框中的OK按鈕。回到S-Parameter Gen eratio n窗口，在Model欄中輸入要生成的S參數(shù)模型名稱S_Para_2，并點擊下方的 Gen erate 按鈕。P11/ 1

25、7同樣會彈出SigWave顯示S參數(shù)曲線，以及彈出日志文件。（上述就是手動添加傳輸網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)端口并生成 模型文件的過程了。）無論是比較SigWave中的參數(shù)曲線，還是比較參數(shù)文件中的數(shù)值，都可以看到保留lOCell與否對S參數(shù)的數(shù) 值沒有影響，我們不必在提取S參數(shù)時刪除關(guān)聯(lián)的lOCell。3 S參數(shù)的導(dǎo)入上一章中我們介紹了如何在Cade nee SigXplorer中提取S參數(shù)，下面我們來看看如何使用現(xiàn)有的S參數(shù)進行 仿真。如果按照上面的步驟執(zhí)行了一遍，S_Para_1和S_Para_2兩個模型已經(jīng)加入到拓撲文件所在目錄下的 device.dml器件庫中了。我們復(fù)制S_Para_1.s4p并命

26、名新文件為S_Para_3.s4p ,并保存在拓撲文件所在目錄下 （本案例是E:tmp ）。先使用Model Integrity將現(xiàn)有的S參數(shù)文件轉(zhuǎn)換成SigXplorer支持的DML格式文件。在開始菜單的Cade nee 16.5目錄下找到PCB SI Utilities目錄，點擊Model In tegrity工具的快捷方式I' !I 'j '（工具執(zhí)行文件是 <CDSROOT>toolspcbbin modelintegrity.exe）。在打開的Model Integrity窗口中選擇File - Open，找到目標S參數(shù)文件（本案例中是E:tmpS

27、_Para_1.s4p ）， 點擊打開。點擊 Model Integrity 工具菜單欄 Tools - Touchstone - To DML 。P12 / 17S_Para_3.dml文件就生成了，位于S_Para_3.s4p同一目錄下（本案例是E:tmp ）。然后確認S_Para_3.dml文件在SigXplorer的庫路徑中，按照上一章描述的那樣將S_Para_3.dml文件所在目 錄添加到SigXplorer模型庫搜索路徑中。（如果已執(zhí)行過上一章的操作， E:tmp已經(jīng)在SigXplorer模型庫搜索路 徑中了。）打開SigXplorer，還是打開之前的ca_bp.top拓撲文件，在

28、原始的傳輸線網(wǎng)絡(luò)上仿真出一個時域波形備用。選擇 Analyze - Preferences，在打開的 Analysis Preferences 窗口 中選擇 Simulation Parameters 欄眉，然后 通過下拉菜單將 Waveform Resolution欄選擇為10ps （選擇后軟件會自動轉(zhuǎn)換為 0.01 ns），在Default CutoffFrequency欄輸入10GHz，然后點擊OK。Help注：Waveform Resolution表示仿真波形的采樣間距，數(shù)值越低仿真越精確，但所花時間越長。而DefaultCutoff Frequency表示仿真截止頻率，數(shù)值越高越精確

29、，但所花時間越長，這里必須輸入非0（ GHz ）值，以使仿真時考慮傳輸線衰減的影響。另外，在Analysis Preferences窗口中，多數(shù)參數(shù)都會影響到仿真的執(zhí)行或結(jié)果，P13/ 17 Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.5OFG59譏訓(xùn) 白電mb與口Sofer Tech no logy Co., Ltd由于這些參數(shù)設(shè)置是做其他SigXplorer仿真也會設(shè)置的，所以在此不對其他參數(shù)進行解釋，而是保持默認且認 為默認設(shè)置符合這個仿真的要求。點擊SigXplorer中輸出驅(qū)動器上的（第二行字符，多數(shù)情況下顯示沒

30、有加載激勵時的TRISTATE ），以設(shè)置 驅(qū)動激勵。P20 / 17Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.5OFG59譏訓(xùn) 白電mb與口Sofer Tech no logy Co., Ltd在彈出的Stimulus Edit窗口中確認Stimulus State是Custom （自定義激勵序列），Stimulus Type是SYNC（同步），在Frequency是2500MHz （如果數(shù)據(jù)傳輸率是2500bps而且時鐘是單向觸發(fā)），Pattern （序列）中 是較長的偽隨機碼序列（本案例中是128bit二進制為隨機

31、碼序列），點擊OK關(guān)閉。StimulusTerminal InfoMcasurement InfoPulseQuiet Hii TerminalName;DATARiseQuiet LoFallTristate:Stimulusi* StimuluEType :SYHCName:NOME:連 Custciw jDelete Stimulus ITerminalOffset:|0 ns/Stinnlus EditingFrequency Init SwitchPatternRISETr(0-l(J0) Tf (Q-100)1111 0001 0110 1001 I 0.125 nsRandom0

32、 125 nsCLOCKSDATAmMLnnmwMJYomP# / 17Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.5OFG59譏訓(xùn) 白電mb與口Sofer Tech no logy Co., LtdDATAOK0 nsApply1020Cancel3040506070Help點擊SigXplorer窗口菜單中Analyze - Simulate或快捷按鈕當仿真結(jié)束，SigWave窗口會彈出并顯示波形。P# / 17Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co.,

33、Ltd.Sofer Tech no logy Co., Ltdmcatfenee口I SlnWm 石科.lanri ；I O CirteiirIF4*T Ad iP Y Aj'j:T A» ：1 '如! 旨盅 嚴口:- T冷 T :"觀=j*Dagi期W甘nmUIvl-Hcjdv；| Pr |Im丄片+*!*/"# l :罔圈囚BBMi 責氐義衣猛嬴嵐店辰一>售-百siml: (DESIGN DOUTP2 2) DESIGN DOUTP2 2 Puhe Typ Reflection10TnDt 蟄 d DINP2 2EE 53GN DINP：

34、 2DE51G DCTPJ L由IT 1XSW IHN7： 2i.Df凸】GX DNK 3DESIGN DKF2 3 DESIGN IKM.TF2 二IXJSdtx DOL1F2 二制 DUEL 3_3D££】3 DOtTK j_aSlW： KVIP2 扎汕g KSIChS MXTT2 Jmi uresKQ： 口op: n resect disp:沖曲nrDESIGN DCNPi 3ES】d DKW 3_cowDESCO DCNP2 A席耳昴 DtNPr DESIGN MNP： "ff訂E5EGN DFNP2 ftE&IGN DQCTPL JDE SLG

35、DOCTP1 2_39EJEbiG i»etP2 JLDESIGN DOITP： 2l_D£S1GN DdCTPi 取_辿EE&IS DQCTK JiEile.展血 iacrri raph 1£。富 寶訕 H*lPP21/ 17Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., LtdP#/ 17Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy

36、 Co., Ltd接著將原始的傳輸網(wǎng)絡(luò)替換成單一的S參數(shù)模型，再執(zhí)行同樣的時域仿真。在SigXplorer畫布上框選除了 lOCell以外所有的傳輸線和接插件模型，點擊刪除按鈕 131。選擇 Edit - Add Element （或點擊按鈕），在彈出的 Add Element Browser 窗口 中確認 Model Type Filter是ESpiceDevice，然后選擇下方的S_Para_3。P#/ 17Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., LtdP#/ 17Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., Ltd一個S參數(shù)模型會出現(xiàn)在鼠標下并跟隨鼠標移動，鼠標點擊在SigXplorer畫布