Allegro-PCB-SI---一步一步学会S参数在SigXplorer中的运用

AllegroPCBSI：一步一步学会S参数在SigXplorer中的运用LearnS-parameterinSigXplorerStepbyStepDocScope:Cadence16.5DocNumber:SFTEC11008Author:DanielZhongCreateDate:2011-11-25Rev:1.00Copyright@2005-2011byShanghaiSoferTechnologyCo.,Ltd.P2/17SoferTechnologyCo.,Ltd@2005-2011byShanghaiSoferTechnologyCo.,Ltd.P3/17SoferTechnologyCo.,Ltd参数的简介无源网络如电阻，电感，电容，连接器，电缆，PCB线等在高频下会呈现射频、微波方面的特性。S参数是表征无源网络特性的一种模型，在仿真中即用S参数来代表无源网络，因此，S参数在射频、微波和信号完整性领域的应用都很广泛。用一句简单的来定义，S参数就是描述各个端口入射波（信号）和反射波（信号）比值关系关系的网络参数，也叫做散射参数。下图很清晰地表征了双端口网络的S参数定义。多端口的S参数一般用矩阵表示，例如下图。其中Sij表示入射端口为j，检测端口为i。S参数最常见的文件格式是touchstone，touchstone文件是一种被用于各种仿真软件的标准格式的文件，仿真软件中调用此文件来代表一个器件或电路。touchstone文件名都是以.snp为后缀名，n表示端口数，s2p即表示一个2端口网络，s4p表示4端口网络。touchstone格式标准可以在本站技术文档中下载。CadenceSigXplorer支持对多端口（最多12端口）传输线网络提取S参数，输出格式为touchstone，也支持touchstone格式S参数的导入。本文介绍了在CadenceSigXplorer中如何提取S参数，以及如何将现有的S参数文件导入并进行仿真。2S参数的提取对于S参数的提取，我们使用CadenceSPB16.5自带的一个例子。拓扑文件位于CDSROOT\doc\CAtutorial\examples，其中CDSROOT表示CadenceSPB的的安装目录，例如D:\Cadence\SPB_16.5，文件名是ca_bp.top，我们可以将此文件以及同一目录下的模型文件ca_bp.dml和ca_bp.iml都拷贝到一个新目录下，本案例中是E:\tmp。可以在开始菜单中选择右方图标，以打开SigXplorer。Copyright@2005-2011byShanghaiSoferTechnologyCo.,Ltd.P4/17SoferTechnologyCo.,Ltd，或是AllegroPCBSIXL（需要加选PCBSIMulti-Gigabit选项），并点击OK。注：需要有上述两个license之一才能执行S参数的提取。在打开的SigXplorer窗口中选择File-Open，然后在打开的浏览窗口中找到E:\tmp\ca_bp.top，选择打开，这样SigXplorer窗口如下图显示。（注意到原始的top文件版本存在一个bug，VIA10的S8_V2_2端点没有和传输线PCB2左下方的端点相连，使得差分对的负向传输线实际上的断路。需要依次点击上述两个端点使之相连。）先确认此拓扑文件所用的所有模型都在SigXplorer的库路径下。打开SigXplorer（license使用PCBSIGXL或PCBSIXLMulti-Gigabit），在菜单栏中选择Analyze-ModelBrowser，在弹出的SIModelBrowser窗口中点击SetSearchPath按钮。Copyright@2005-2011byShanghaiSoferTechnologyCo.,Ltd.P5/17SoferTechnologyCo.,Ltd按钮。在弹出的SelectNewSearchDirectory窗口中输入AMI模型所在目录（本案例是E:\tmp），并点击OK。Copyright@2005-2011byShanghaiSoferTechnologyCo.,Ltd.P6/17SoferTechnologyCo.,Ltd按钮将“E:\tmp”目录移动至最顶部，目的是使优先搜索此路径并优先选用此路径下搜索到的模型（如果存在多个同名模型的话），选择OK确认。Copyright@2005-2011byShanghaiSoferTechnologyCo.,Ltd.P7/17SoferTechnologyCo.,Ltd参数的提取。点击Analyze-[S]Generation，在弹出的S-ParameterGeneration窗口中，在StartFrequency栏（起始频率）输入50MHz，在EndFrequency栏（终止频率）输入20GHz，在NumberofFrequencyPoints栏（采样频率点总数）输入400，在FrequencySweepType栏（频率扫描类型）保持Linear（线性），在ReferenceImpedance栏（参考阻抗）保持50ohm，而StepSize栏（步长）会根据前4项显示50ohm。Copyright@2005-2011byShanghaiSoferTechnologyCo.,Ltd.P8/17SoferTechnologyCo.,Ltd注：一般起始频率不宜设定为0，50MHz或100MHz的步长是一个比较好的选择，更小的步长虽然会更精确，但会导致更长的仿真时间。点击SetPortforEachIOCell左边的Add按钮，将所有IOCell设定为S参数的端口，端口名按照IOCell_PinNumber定义，例如本例中DOUTP2的管脚3所连接的端口就命名为DOUTP2_3。Copyright@2005-2011byShanghaiSoferTechnologyCo.,Ltd.P9/17SoferTechnologyCo.,Ltd栏中输入所需生成的模型文件的名字，例如S_Para_1，然后点击下方的Generate按钮。经过一段时间后，SigWave窗口会弹出显示生成的S参数曲线。Copyright@2005-2011byShanghaiSoferTechnologyCo.,Ltd.P10/17SoferTechnologyCo.,Ltd同时，也会弹出一个log文本窗口显示S参数生成的日志。我们可以在拓扑文件所在目录下（本案例是E:\tmp）找到S_Para_1.s4p文件。在上面的提取中，我们并没有删除与无源网络相连的IOCell，这会不会影响到我们所提取的S参数呢。我们可以回到SigXplorer画布界面中，按住Ctrl键点选两个IOCell，然后点击删除按钮。然后点击Analyze-[S]Generation，在弹出的S-ParameterGeneration窗口中点击EditPort按钮。在弹出的Port-Editing对话框中选择Add。Copyright@2005-2011byShanghaiSoferTechnologyCo.,Ltd.P11/17SoferTechnologyCo.,Ltd图示会自动出现在鼠标下方并跟随鼠标移动。将鼠标点击传输通道左上方的端点。在弹出的对话框中输入端口的名字，这里设为1，点击OK确认。依次点击通道右上方、左下方和右下方的端点，并依次输入2、3、4端口名，然后点击Port-Editing对话框中的OK按钮。回到S-ParameterGeneration窗口，在Model栏中输入要生成的S参数模型名称S_Para_2，并点击下方的Generate按钮。Copyright@2005-2011byShanghaiSoferTechnologyCo.,Ltd.P12/17SoferTechnologyCo.,Ltd参数曲线，以及弹出日志文件。（上述就是手动添加传输网络S参数端口并生成模型文件的过程了。）无论是比较SigWave中的参数曲线，还是比较参数文件中的数值，都可以看到保留IOCell与否对S参数的数值没有影响，我们不必在提取S参数时删除关联的IOCell。3S参数的导入上一章中我们介绍了如何在CadenceSigXplorer中提取S参数，下面我们来看看如何使用现有的S参数进行仿真。如果按照上面的步骤执行了一遍，S_Para_1和S_Para_2两个模型已经加入到拓扑文件所在目录下的device.dml器件库中了。我们复制S_Para_1.s4p并命名新文件为S_Para_3.s4p，并保存在拓扑文件所在目录下（本案例是E:\tmp）。先使用ModelIntegrity将现有的S参数文件转换成SigXplorer支持的DML格式文件。在开始菜单的Cadence16.5目录下找到PCBSIUtilities目录，点击ModelIntegrity工具的快捷方式（工具执行文件是CDSROOT\tools\pcb\bin\modelintegrity.exe）。在打开的ModelIntegrity窗口中选择File-Open，找到目标S参数文件（本案例中是E:\tmp\S_Para_1.s4p），点击打开。点击ModelIntegrity工具菜单栏Tools-Touchstone-ToDML。Copyright@2005-2011byShanghaiSoferTechnologyCo.,Ltd.P13/17SoferTechnologyCo.,Ltd文件就生成了，位于S_Para_3.s4p同一目录下（本案例是E:\tmp）。然后确认S_Para_3.dml文件在SigXplorer的库路径中，按照上一章描述的那样将S_Para_3.dml文件所在目录添加到SigXplorer模型库搜索路径中。（如果已执行过上一章的操作，E:\tmp已经在SigXplorer模型库搜索路径中了。）打开SigXplorer，还是打开之前的ca_bp.top拓扑文件，在原始的传输线网络上仿真出一个时域波形备用。选择Analyze-Preferences，在打开的AnalysisPreferences窗口中选择SimulationParameters栏眉，然后通过下拉菜单将WaveformResolution栏选择为10ps（选择后软件会自动转换为0.01ns），在DefaultCutoffFreq