AllegroPCBSI-一步一步学会S参数在SigXplorer中的运用

1、Allegro PCB SI一步一步学会S参数在SigXplorer中的运用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目录1 S参数的简介 32 S参数的提取 33 S参数的导入 124 小结 17P 2 / 171 s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。F图很清晰地表征了双端口网络的S参数定义。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。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。Cade nee SigXplorer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touchst one，也支 持touchstone格式S参数的导入。本文介绍了在Ca

5、de nee SigXplorer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。2 S参数的提取对于S参数的提取，我们使用Cade nee SPB 16.5自带的一个例子。拓扑文件位于<CDSROOT>docCAtutorialexamples ，其中 <CDSROOT> 表示 Cade nee SPB 的的安装目录，例如 D:CadenceSPB_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在弹出的 Cade nee Product C

7、hoices 窗口中选择 Allegro PCB SI GXL，或是 Allegro PCB SI XL （需要加选PCB SI Multi-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:tmpca_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。)HI

8、 社 Edit jleu Setup 白 mml/Decadencet吕目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 PCB SI GXL 或PCB SI XL Multi-Gigabit )，在菜单栏中选择 Analyze - Model

9、Browser，在弹出的 SI Model Browser 窗口 中点击 Set Search Path 按钮。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|盘呵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在弹出的 Set Model Search Path 窗口 中点击 Add Directory 按钮'_L_l在弹出的Select New Search Directory

13、窗口中输入AMI模型所在目录（本案例是 E:tmp），并点击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 中点击 Move to Top 按钮MweToTop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

14、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。P 6 / 17Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., LtdRerrMve DirectoryAdd Director.Set Model Search PatlDbectori怜 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然后执行S参数的提取。点击Analyze - S Generation，在弹出的 S-Parameter Generation 窗口中，在 Start Frequency 栏（起始频 率）输入 50MHz，在 End Frequency 栏（终止频率）输入 20GHz，在 Number of Frequency Points 栏（采样频

17、率点总数）输入400，在Freque ncy Sweep Type栏（频率扫描类型）保持Lin ear （线性），在Refere nee Impeda nee 栏（参考阻抗）保持50ohm，而Step Size栏（步长）会根据前4项显示50ohm 。P 7 / 17Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.sorestWut fli电PCS SoiMBSofer Tech no logy Co., 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

18、长的仿真时间。点击Set Port for Each IOCell左边的Add按钮心 I,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。P 8 / 17Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.Sofer Tech no logy Co., LtdDlttfD0UTP2CUSTOMH_<i?vke do册* ca_Iab_ouiDINP27RIS7ATE 吧严 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 日电口cadence丸丸包岂Q我Q 丄卜+十严/一 ?-:* 金* HI SinWi卜 口 Carte-siir O =.&#

20、171;. L'3 屮厂凶叵j旷护.$ R »L： tmp S Para 】s4pSub-TiKt!J*J噸电 GH5J 画aaa 一 T 于 4aLh BI丄审 Flf4>_ft二P 工SLJ-UiSI J Mi訂MlSL ZiL XLSuTJ-MsgH UhCl J AJ-kCl 1SiJ讯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同时，也会弹出一个log文本窗口显示S参数生成的日志。口Copyright 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丄总：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lOCell，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lOCell，然后点击删除按钮 。然后点击 An alyze - S Gen eratio n，在弹出的 S-Parameter Gen eratio n 窗口中点击 Edit Port 按钮Edit Port。在弹出的Port -

24、Editing对话框中选择Add。此时一个Port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。10PMSIV1A1M5210PtOOO.OO NIL JOJ 4 西 qnihSO.00 MIL50.51 J ohtn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-Parameter Gen eratio n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 Gen erate 按钮。P11/ 1

25、7同样会弹出SigWave显示S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lOCell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lOCell。3 S参数的导入上一章中我们介绍了如何在Cade nee SigXplorer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

26、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Model Integrity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Cade nee 16.5目录下找到PCB SI Utilities目录，点击Model In tegrity工具的快捷方式I' !I 'j '（工具执行文件是 <CDSROOT>toolspcbbin modelintegrity.exe）。在打开的Model Integrity窗口中选择File - Open，找到目标S参数文件（本案例中是E:tmpS

27、_Para_1.s4p ）， 点击打开。点击 Model Integrity 工具菜单栏 Tools - Touchstone - To DML 。P12 / 17S_Para_3.dml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

28、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 Analysis Preferences 窗口 中选择 Simulation Parameters 栏眉，然后 通过下拉菜单将 Waveform Resolution栏选择为10ps （选择后软件会自动转换为 0.01 ns），在Default CutoffFrequency栏输入10GHz，然后点击OK。Help注：Waveform Resolution表示仿真波形的采样间距，数值越低仿真越精确，但所花时间越长。而DefaultCutoff Frequency表示仿真截止频率，数值越高越精确

29、，但所花时间越长，这里必须输入非0（ GHz ）值，以使仿真时考虑传输线衰减的影响。另外，在Analysis Preferences窗口中，多数参数都会影响到仿真的执行或结果，P13/ 17 Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.5OFG59讥训 白电mb与口Sofer Tech no logy Co., Ltd由于这些参数设置是做其他SigXplorer仿真也会设置的，所以在此不对其他参数进行解释，而是保持默认且认 为默认设置符合这个仿真的要求。点击SigXplorer中输出驱动器上的（第二行字符，多数情况下显示没

30、有加载激励时的TRISTATE ），以设置 驱动激励。P20 / 17Copyright 2005-2011 by Shanghai Sofer Technology Co., Ltd.5OFG59讥训 白电mb与口Sofer Tech no logy Co., Ltd在弹出的Stimulus Edit窗口中确认Stimulus State是Custom （自定义激励序列），Stimulus Type是SYNC（同步），在Frequency是2500MHz （如果数据传输率是2500bps而且时钟是单向触发），Pattern （序列）中 是较长的伪随机码序列（本案例中是128bit二进制为随机

31、码序列），点击OK关闭。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讥训 白电mb与口Sofer Tech no logy Co., LtdDATAOK0 nsApply1020Cancel3040506070Help点击SigXplorer窗口菜单中Analyze - Simulate或快捷按钮当仿真结束，SigWave窗口会弹出并显示波形。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 严口:- T冷 T :"觀=j*Dagi期W甘nmUIvl-Hcjdv；| Pr |Im丄片+*!*/"# l :罔圈囚BBMi 責氐義衣猛嬴岚店辰一>售-百siml: (DESIGN DOUTP2 2) DESIGN DOUTP2 2 Puhe Typ Reflection10TnDt 蛰 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:冲曲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 宝讪 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接着将原始的传输网络替换成单一的S参数模型，再执行同样的时域仿真。在SigXplorer画布上框选除了 lOCell以外所有的传输线和接插件模型，点击删除按钮 131。选择 Edit - Add Element （或点击按钮），在弹出的 Add Element Browser 窗口 中确认 Model Type Filter是ESpiceDevice，然后选择下方的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一个S参数模型会出现在鼠标下并跟随鼠标移动，鼠标点击在SigXplorer画布