如何在Smith圆图上以指定阻抗点为参考阻抗绘制等VSWR圆？学习ADS仿真的方法有什么？

原创 Keysight射频测试资料分 2024-11-18 06:51

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使用 ADS软件的自定义函数，在数据显示窗口中的 Smith圆图中，以指定阻抗点为参考，绘制等 VSWR圆。如下图所示，使用vswr_circle函数，以Z_val1（归一化）阻抗为中心，绘制等 VSWR圆：

Vswr_circle () 函数说明：

语法：y = vswr_circle(zCenter, numOfPts, numCircles, stepSize,desired_vswr)

zCenter：归一化阻抗，可以是一维扫描量；

numOfPts：构成vswr圆的点数，缺省值为51；

numCircles：绘制vswr圆的数目，缺省值为3；

stepSize: 每个vswr圆之间的VSWR步进值，缺省值为1.2；

desired_vswr: 希望在哪些vswr点上绘制圆；当输入此项后，前面的numCircles和stepSize将失效。

典型用法：

circleData = vswr_circle(zCenter)

circleData = vswr_circle(zCenter, 51, 3)

circleData = vswr_circle(zCenter, 51, 3,2)

circleData = vswr_circle(zCenter, 51,,,{1.2,2.3,4.2,5})

circleData = vswr_circle(zCenter,,,,{1.2,2.3,4.2,5})

自定义函数的安装：

1）找到ADS软件 HOME目录

ADS软件的HOME目录一般是指ADS软件启动后的第一个目录，该目录下包含hpeesof子目录，如下图所示

如果不确定ADS 软件的HOME目录，可以在主窗口中点击 Tools-> Command Line，并输入下面的命令：

de_info(getsysenv("HOME"));

点击 Apply运行该命令，会有弹出窗口给出当前的HOME目录信息：

2) 进入 HOME目录下的hpeesof\expressions\ael目录中，如果目录不存在，请创建相应的目录。

将附件中的vswr.ael文件拷贝到ael目录下。

如果ael目录下包含user_defined_fun.ael文件，用记事本打开该文件；如果没有，请创建该文件并用记事本打开，在文件最后一行，加入一段：

load("vswr_circle.ael");

退出 ADS软件，重新启动。ADS软件启动后，在刚才的ael目录中应该出现新的user_defined_fun.atf和vswr_circle.atf文件，说明设置无误，可以开始进行仿真或者数据处理。

目前很多企业都在使用Keysight的ADS通道仿真解决方案进行设计，通道仿真解决方案仿测精度非常高，仿真效率也高，為产品迭代优化节省了宝贵的时间。

ADS是什么意思?

ADS (Advanced Design System) 是美国是德科技(Keysight)公司推出的微波电路和通信系统ADS仿真软件。ADS软件主要用于微波射频电路、DSP和通信系统、RFIC/MMIC等仿真设计领域。

ADS软件主要功能：

射频模拟电路、系统仿真
数字信号处理(DSP)和通信系统仿真设计

通道仿真（Channel simulation）

艰巨的技术挑战催生了突破性的新技术。如果瞬态仿真 (SPICE) 无法满足设计现代高速数字电路板的需求，这种情况常常就需要用到通道仿真。

什么是仿真？

仿真就是把实际系统建立成物理模型或数学模型进行研究，然后把对模型实验研究的结果应用到实际系统中去，这种方法就叫做模拟仿真研究，简称仿真。

为什么通道仿真?

通道仿真可以快速分析高速串行和并行通信链路中的通道。一般情况下，通道仿真器能够在几分钟内处理上百万比特码型，从而精确分析眼图属性，包括密度、宽度、高度、浴缸曲线和BER轮廓。通道仿真器考虑了码间干扰、随机抖动、串扰、编码、均衡以及高速数字设计人员感兴趣的其他效应。

通道仿真能够增强您的信心，确保整个高速数字板设计满足所有技术指标要求。您可以通过通道仿真来优化 PCB 互连和均衡协同工作的复杂系统。

怎么仿真眼图？

通道仿真的两个应用

第一个应用：400G以太网

在当今的互联世界，人们对于集中化数据的需求不断增长，推动以太网持续创新。400G 以太网代表了 PCB上电气接口的一个重要且具有颠覆性的技术进步。400G 可以通过两种调制技术来实现：非归零和四电平脉冲幅度调制(PAM4)。

虽然 PAM4 支持更高数据吞吐量，但基于 PAM4设计却更容易受到噪声影响，因为它们用两个比特的幅度变动表示四个信号电平。为了处理更高数据吞吐量，我们可以采用输入/输出缓冲区信息规范——算法建模接口 (IBIS-AMI) 模型。借助 IBIS-AMI 模型，您可以精确表征发射机和接收机的性能。该模型还具有可移植性，能提供 IP保护、互操作性和更快的仿真能力。

在选择厂商提供的 IBIS-AMI模型时，必须进行通道仿真；否则的话，您无法通过抖动、均衡以及时钟和数据恢复来精确仿真复杂的信号链路。要最大限度地减少因为阻抗变化（尤其是通过过孔）产生的码间干扰，全通道仿真就显得尤为重要!

第二个应用：双倍数据速率存储器

随着双倍数据速率 (DDR) 存储器更新换代，其设计也变得越来越复杂。仿真和测试配置的复杂性也与之俱增，导致需要更长的仿真和测试设置时间。更高的复杂性意味着：关联仿真数据和测试数据存在更大挑战，并且影响设计的置信度，导致更长的故障诊断周期，最终使设计难以如期交付。设计人员在设计存储器系统时，除了必须要应对开发时间缩短、电压裕量变小的挑战，还要执行众多复杂的一致性测量，以确保其产品设计能可靠工作。对于最新的 DDR5 和 LPDDR5 标准，随机抖动尤为重要。设计人员需要确信他们的存储器设计可以通过超低 BER 的接收机模板测试。通过通道仿真，您可以信心十足地对 DDR5 及更复杂的存储器进行建模。设计裕量不断被压缩，存储器设计中出现错误的空间越来越小。通道仿真可以快速计算极端情况。

需要更多通道仿真信息，扫描二维码，下载应用文章：

高速数字设计所需的四个关键注意事项

先进的ADS通道仿真器技术

由于瞬态仿真（SPICE）无法满足模板裕量测量的需求，达不到非常低的比特误码率（BER），为了满足高速链路设计的需要，通道仿真应运而生。

在通道仿真之前，瞬态仿真是仿真高速链路设计的主要方法。然而，设计人员要克服困难重重的技术挑战：当误码率为 1e-9、1e-12 或 1e-16 时，我的裕量如何？这些问题超出了瞬态仿真的能力范围，因为所需的时间步骤数量超出了实际采用的方法极限。通过通道仿真计算 BER曲线是解决这一挑战的方法之一。

通道仿真和瞬态仿真的区别

在评估高速通道的性能时，过去经常采用瞬态仿真（Transient simulation）来查看接收端的时域特性（如眼图），当然这也是我们测量的惯用手法，也是我们数据在在接收端的真实状态。但是随着信号速率的不断增加，我们需要考虑的因素越来越多，或者说之前不起眼的因素会对我们的信号质量产生严重的影响，如：抖动、串扰等等，为了解决这些问题我们就必须采用一些均衡（EQ）措施，或者采用编码等方法。此外，由于处理的数据量增加，瞬态仿真非常的耗时间，这样看来瞬态仿真就显得力不从心了。为了解决上述问题，Keysight推出了通道仿真解决方案，这篇文章我们就来学习如何在ADS中进行通道仿真，以及通道方针所涉及的一些问题。

通道仿真和瞬态仿真的区别是什么？

二者最根本的区别在于对通道的特性的处理算法上不一样，瞬态仿真采用的是求解偏微分方程（基尔霍夫电压电流方程），而通道仿真这是求解通通道的脉冲响应，然后再加以处理。正是基于这样的算法，使得通道仿真的计算非常的高效，同时也保证了精度。

ADS通道仿真方面的技术优势始于 Fangyi Rao 博士在 2006 年获得的专利技术 — 在带宽有限的频域模型中纠正无源性，同时确保因果关系。Rao 博士的工作确保 ADS成为在一个原理图中处理S参数模型与电路模型组合级联的更精准解决方案。时至今日，创新的步伐仍在继续，ADS通道仿真器被广泛视为行业标准。ADS进一步拓展通道仿真器的功能。

要更好地了解ADS通道仿真功能，请参阅以下两个示例：

ADS通道仿真示例 1

设计人员 A 经常处于早期的版图前期设计阶段，没有选择特定的 IC 厂商。IBIS-AMI 发射机（Tx）模型在链路的一端，但是另一端没有合适的 IBIS-AMI 接收机（Rx）模型。重点是通道设计和需要提出某些版图约束条件，但是在接收机设置方面没有专业技术经验。他希望使用 ADS 中的通用接收机组件（Diff_Tx），该组件可以计算接收机的最佳 FFE 和 DFE 抽头，甚至可以自适应调整接收均衡。

解决方案

在ADS软件中，设计人员可以使用 ADS软件中的通用接收机组件（Diff_Tx），它可以计算接收机的最佳 FFE 和 DFE 抽头，甚至可以自适应调整接收均衡。ADS 允许设计人员混合搭配IBIS-AMI 模型和非 AMI 通用内置模型以及 SPICE（图1）。此外，通道仿真器现在直接支持IBIS 包（.pkg）条目，并且支持的范围比以前更广泛。它甚至可以在正式的 IBIS 解析程序发布之前便为 IBIS v6.1 提供标准前的支持。IBIS 模型的超频就是新 v6.1 内容的一个例子。

图 1. 借助ADS软件，设计人员可以混合搭配使用 IBIS、IBIS-AMI、SPICE 和通用内置模型中的模型。

ADS通道仿真示例 2：

设计人员希望根据特定的链路规范进行设计，并且需要 Tx 和 Rx 模型。

解决方案：ADS 包含用于 PCIe3、USB 3.1 和 100GbE 标准的 IBIS-AMI Tx 和 Rx 模型。这些模型附带一致性测试台和/或工作区模板。两个主要示例是用于 MIPI® C-PHYSM、D-PHYSM 和M-PHY® 的模板，以及用于 PCIe 3 标准 EQ 预设置的工作区，这些工作区已添加到 PCIe 3 一致性测试台中，可以用于批处理模式的仿真（图 2 和图 3）。