如何利用ADS进行通道仿真?

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对于一名射频研究人员,对于信号完整性的概念都不会陌生。信号完整性是指信号在传输路径上的质量,传输路径可以是普通的金属线,可以是光学器件,也可以是其他媒质。其中的通道仿真就是非常重要的一环,基于ADS的通道仿真就是信号完整性研究过程中比较重要的一块,接下来就让我们通过功能强大ADS来进行通道仿真的模拟学习。

一、高速串行链路基本架构

常见的高速串行信号有:SERDES、USB3.0、PCIE、SATA、HDMI等。

常用的均衡技术:

TX: FIR

RX: CTLE、DFE、FFE

 

基于ADS的通道仿真

 

1、什么是通道?为什么要做通道仿真?

在高速链路中,通道也就是信道,在信号完整性中,也称为互联。一个典型的互联通道包括电路板上的走线,过孔、背板连接器、同轴线、光纤等等。对于高速电路设计人员来说,通常需要应对的是连接器和背板走线、过孔等。

通道呈现的特征是随着信号频率的提高,其损耗越大,呈现低通特性。正是这样的特性,导致了信号完整性问题。高速电路设计人员需要解决的就是如何通过各种手段应对通道的低通特性。

 

基于ADS的通道仿真

 

2、通道对信号的影响——单个bit的影响

基于ADS的通道仿真

 

通道的低通特性使得数字信号波形发生失真,导致电平幅度降低,下降沿拖尾严重,影响了相邻的bit。

3、通道对信号的影响——bit序列的影响

基于ADS的通道仿真

4、均衡技术的效果

基于ADS的通道仿真

二、ADS的通道仿真基础介绍

通道仿真控件介绍

 

基于ADS的通道仿真

1、ADS的通道仿真器——Channelsim

基于ADS的通道仿真

bit by bit模式

在bit-by-bit通道仿真中,模拟器首先计算单个脉冲的越阶响应,然后再利用通道的线性时不变特性(LTI)对脉冲进行线性叠加,最终获得眼图。优点是速度快,可以查看仿真之后的波形,可以仿真特定bit序列下的眼图,但不能仿真较低误码率(<1e-6)。

 

基于ADS的通道仿真

nstatistical 模式

在statistical模式下,系统首先计算越阶响应,然后通过波形的概率分布函数进行统计分析,最终得到眼图。优点是速度快,准确度更高。尤其是仿真低误码率准确度较高。缺点是不能查看波形。

 

基于ADS的通道仿真

2、TX 信号源设置——差分信号

 

 

基于ADS的通道仿真

 

 

3、RX 信号源设置——差分信号

基于ADS的通道仿真

4、眼图探针设置

Eye_Probe用于收集仿真数据并对数据结果进行处理,ADS中Eye_Probe也包括Eye_Probe和EyeDiff_Probe两种,分别对应单端和差分信号,两者内部参数设置是一样的。

基于ADS的通道仿真

测试项设置

 

基于ADS的通道仿真

垂直方向测量原理

基于ADS的通道仿真

 

基于ADS的通道仿真

5、通道仿真实例——PCIE仿真

打开ADS自带的PCIE通道仿真的例子,运行仿真

基于ADS的通道仿真

 

基于ADS的通道仿真

三、总结

1、ADS既可以使用通用TX/RX模型进行channel仿真,也可以使用TX/RX的IBIS-AMI模型进行channel仿真。

2、ADS的通道仿真控件功能强大,包含bit by bit模式和statistical模式。后者适合更低误码率下的仿真和最坏情况下的仿真。

3、通过ADS提取的无源S参数,结合芯片的IBIS-AMI模型,可以仿真整个系统性能,从而为设计提供指导。

仿真结果

 

基于ADS的通道仿真

基于ADS的通道仿真

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