S参数与走线延迟仿真

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在有等长要求的场景中，我们通常需要对走线的延迟进行仿真，以确定走线等长约束。实际仿真时，我们可以通过2D电磁场算法计算微带线或者带状线的延迟，也可以提取微带线或者带状线的S参数，然后利用时域仿真器对走线延迟进行分析。在使用走线S参数对延迟进行时域仿真时，就会牵扯到时域-频域转换问题，可能会出现因S参数抽取不合理导致的仿真错误。本文将提取实际PCB上一段带状线的S参数，对比当S参数频率范围以及点数不同时，时域延迟的差别。

1：仿真参数设置

(1)：S参数频率范围为10M~40GHz，点数分别为：401,201,101,91,81, 71,61,51,41；

(2)：仿真点数设置为101点，最大频率设置为：4，5，6，7，8，9，10，20，40GHz

(3)：用于时域仿真的激励源为幅度为1V、频率为1GHz的正弦波，频域S参数和时域仿真原理图如下所示:

                                             

2: 仿真结果

    仿真结果如下表所示，可以看到当f=40GHz，点数N<71点时，时间延时delay误差快速增大；当N>81时，delay的值波动小于5ps。N一定，频率f从4GHz变化到40GHz，delay的值波动小于13ps。

    随后使用另一款软件对上面结构进行建模，然后进行时域仿真，仿真结果如下，发现此软件不具有自动差值能力，其先将S参数转换为Spice电路，然后进行时域仿真，N<=101点时，仿真会出错。

3. 结论   

对比两款软件的仿真结果基本一致，说明在S参数合适的情况下，使用S参数去计算延迟是可行的。但是当S参数不合理时，使用S参数去评估走线延迟会出现很大的误差，大家在仿真的时候一定要小心。

    时域仿真器在时域仿真时如何处理S参数才是理解上面问题的关键，可惜我们不太了解时域仿真器处理的过程，我尝试直接通过FFT计算，发现也与上述仿真结果不能匹配。

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Zjianeng

S参数频率范围为10M~40GHz

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