USB4的S参数处理

来源：信号完整性

编者注：本文写得非常简洁明了，以最新的USB4无源的要求为例，介绍了如何使用ADS进行无源参数的仿真和判断。

概述：USB ,DP, CNVI以及LPDDR4，LPDDR5等协议，在仿真的时候除了需要查看有源眼图之外，往往还需要查看S参数的合规性。各种协议对于损耗的要求不尽相同，SerDes协议大多会要求插入损耗和回波损耗以及共模回波损耗，远端串扰等指标。本文从S参数处理出发，利用ADS的原理图和DATA处理软件，查看差模/共模S参数，旨在给大家分享一个方法。

1.单端差分参数的来源：

SerDes 协议单端参数一般有两个来源，对应不同的部件

(1)、FPC,FFC，CONN等器件的S参数主要来源于实际测试。利用网络分析仪测试完成后直接保存为SnP格式的S参数模型即可。当然也可以用EMPro进行3D仿真提取S参数，但系统厂商一般不会自己做。

（2）、主板（MB）和DB主要来自于仿真软件提取，例如ADS 中的SIPro/PIPro，我们也是利用ADS的SIPro/PIPro提取的，具体流程如下：

此时获得的S参数有两个问题需要解决：（1）ADS直接提取的S参数是单端的，需要转化成差分进行查看，当然软件可以自动将其转化成差模进行查看。如下操作即可：

（2）ADS提取的只有主板或者与之连接的小板的S参数，需要查看整个链路的S参数需要将所有的S参数级联到一起，整合成新的S参数查看，如下图一个含Retimer的USB4的链路结构。

2.级联S参数的一种方法

如上所讲，需要将各部件的S参数整合到一起看整个链路的损耗值是多少dB,当然对于经验丰富的工程师来讲不联合起来，也可以通过他们多年的丰富经验简单的相加关键频点的S参数就可以判断结果。我们只不过是提供一种方法，利用ADS中的Simulation-S-Param进行重新的整合提取.

(1)、导入已有所有的S参数，并将其正确地连接起来。步骤如下图：

（2）、添加TermG 连接到对应的Port或者可以直接添加Balun4做差模S参数仿真。下面分别把两种方法列举了出来。

A.加TermG：

B.加Balun：

(3)、添S-PARAMETERS仿真器，并设置扫描条件，添加SPOutput可输出SnP格式的S参数。

设置好之后扫描，在数据处理视窗中查看S参数结果。

3.数据处理视窗中的处理：

仿真后可进入数据处理视窗查看结果，并处理结果。首先可以查看单端仿真的结果：

USB4的协议里面要求的是差模损耗和共模损耗，首先需要将我们仿真的单端S参数转化成差分S参数：

加入USB4的共模回损标准：

可以看到在12G的时候差模的结果是Fail的,相差0.368dB需要优化。

下一步查看回损：

加入回损标准：

可以看到损耗是pass的，满足协议要求。

补充：损耗标准的公式：

A1=-3.5+8.3*log10(freq/12/1E9)

SS=if(freq>=0&&freq<=3E9)then -8.5 else if(freq>=3e9&&freq<=12e9)then A1 else 0

分段函数利用if（……）then A，else 的语句与C语言比较相似。

总结：利用原理图中的Simulation-S-Param可以很好的处理多级互联S参数,仿真快速，查看方便。ADS提供的DATA处理视窗可以很好的利用函数进行差模共模转换，并且快速的导入协议标准，查看仿真结果是否满足协议要求。

另外仿真工程师一定要熟悉差/共模转换的公式以及在Equation中编辑函数呈现协议标准的方法。

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