一种基于向量基拟合的电大尺寸连接信号完整性分析方法
2014-10-29 02:34胡海生
电子技术与软件工程 2014年16期
胡海生
摘 要
本文介绍了一种对高频电路中信号完整性进行分析的方法。采用向量基拟合的方式将电磁场行为转化成电路行为进行描述，从而大大减少了计算量。通过对实际模型的仿真分析，证明了本文中方法可以有效地对高频电路进行仿真。
【关键词】向量基拟合 信号完整性分析 高频电路
1 引言
由于数字系统工作频率的持续提高，板上的电磁干扰问题已经成为高速系统设计中的瓶颈。当电路的物理尺寸与电路工作的波长量级可比拟时，电子系统被称为电大尺寸系统。此电子系统易受到诸如外部电磁噪声、交调干扰、传输线反射及系统内非线性电路高阶特性造成的影响，从而使传输路径上的信号波形产生畸变，严重时会造成系统误码率的提高并使系统失效。对于现代电子系统中具有复杂连接关系的情况，此种影响更加突出。
本文设计了一种有效描述高速电路传输路径信号完整性的算法，采用向量基拟合的方式将复杂的电磁行为转换为电路行为，从而实现了高效的电路级仿真分析。结论部分给出了算法的精度描述和对应的信号完整性仿真结果，证明了算法的可行性。
2 解决问题描述
现代电子系统随着工作频率的提高，信道中所传输的信号常常受到交调噪声干扰、反射、传输损失、传输衰减、非线性效应等干扰，从而导致信号波形发生畸变，甚至产生误码。在该系统中，信号经过背板、连接器、芯片底座等单元，尤其是在信道中经过过孔阵列、连接器等单元，将会对信号波形造成非线性影响。
本文中首先通过向量基拟合的方式将不同频率点的能量曲线拟合成极点方程表述形式，该方程符合标准一阶电路表达式，可以方便的转换成对应的SPICE网表形式，并进行相应的电路级仿真。
3 Vector-Fitting（VF）算法
本部分主要介绍如何采用向量基拟合方式（VF， Vector-Fitting），将频率能量特性曲线拟合成为一阶电路描述形式。
本文目标是将各个频点能量行为拟合成如表达式（1）所示的一阶电路表达式，
H（s）= （1）
其中，H（s）为对应不同频率测试点的电磁能量值。首先假定该表达式的极点为某指定实部为正的复数值，从而保证拟合系统稳定性，如表达式（2）所示
H（s）= +
（2）
将式（2）进行整理，获得多维矩阵求未知数方程如下：
（3）
由表达式（3）可见，由于此时极点an为预先假设值，此方程为线性方程组，可以方便地进行矩阵运算。又由于（2）式中的分母部分实际代表（1）中的极点部分，通过重复以上步骤可循环求线性方程组获得对零、极点的求解。
将以上的运算过程重复，直到所获得的拟合系统各频率点能量值与三维仿真获得的待拟合的测试值之间的误差降低到可接受的范围以内为止。
从表达式（1）可见，拟合得到的表达式可以轻易转化成为标准电阻、电容、电感构成的SPICE仿真电路。在此待测设计中，设计了针对该算法零极点形式组合自动生成SPICE网表的翻译程序，从而可将以上的电磁场问题转换成为SPICE可仿真的电路问题。
4 实验结论
本部分利用数据通道形式首先通过HFSS获得了系统左侧芯片管脚到右侧管脚之间的电磁环境描述，得到的测量值通过第二部分描述的向量基拟合算法进行了拟合计算，所用极点个数50，迭代运算次数5，获得的拟合结果如图1所示。
由图1可见，采用向量基拟合的方法，在预设极点数目满足要求情况下，可以获得较好拟合效果。
5 结论
本文介绍了一种高频电路信号完整性分析的方法。采用向量基拟合的方法将电磁场行为转化成电路行为，并进行了SPICE仿真验证。结果符合精度要求，证明了算法描述的准确、有效性。
参考文献
[1]Chinea，A.，Grivet-Talocia，S.Haisheng Hu，"Signal Integrity Verification of Multichip Links Using Passive Channel Macromodels，"pp.920-933， June 2011.
[2]H.Hu.，A.Chinea.，S.Grivet-Talocia， M.Miscuglio，"Fast Iterative Simulation of High-Speed Channels via Frequency-Dependent Over-Relaxation，"，San Jose，Ca，October 22-26，2011.
作者单位
中国电子科技集团公司第三十八研究所 安徽省合肥市 230031endprint
摘 要
本文介绍了一种对高频电路中信号完整性进行分析的方法。采用向量基拟合的方式将电磁场行为转化成电路行为进行描述，从而大大减少了计算量。通过对实际模型的仿真分析，证明了本文中方法可以有效地对高频电路进行仿真。
【关键词】向量基拟合 信号完整性分析 高频电路
1 引言
由于数字系统工作频率的持续提高，板上的电磁干扰问题已经成为高速系统设计中的瓶颈。当电路的物理尺寸与电路工作的波长量级可比拟时，电子系统被称为电大尺寸系统。此电子系统易受到诸如外部电磁噪声、交调干扰、传输线反射及系统内非线性电路高阶特性造成的影响，从而使传输路径上的信号波形产生畸变，严重时会造成系统误码率的提高并使系统失效。对于现代电子系统中具有复杂连接关系的情况，此种影响更加突出。
本文设计了一种有效描述高速电路传输路径信号完整性的算法，采用向量基拟合的方式将复杂的电磁行为转换为电路行为，从而实现了高效的电路级仿真分析。结论部分给出了算法的精度描述和对应的信号完整性仿真结果，证明了算法的可行性。
2 解决问题描述
现代电子系统随着工作频率的提高，信道中所传输的信号常常受到交调噪声干扰、反射、传输损失、传输衰减、非线性效应等干扰，从而导致信号波形发生畸变，甚至产生误码。在该系统中，信号经过背板、连接器、芯片底座等单元，尤其是在信道中经过过孔阵列、连接器等单元，将会对信号波形造成非线性影响。
本文中首先通过向量基拟合的方式将不同频率点的能量曲线拟合成极点方程表述形式，该方程符合标准一阶电路表达式，可以方便的转换成对应的SPICE网表形式，并进行相应的电路级仿真。
3 Vector-Fitting（VF）算法
本部分主要介绍如何采用向量基拟合方式（VF， Vector-Fitting），将频率能量特性曲线拟合成为一阶电路描述形式。
本文目标是将各个频点能量行为拟合成如表达式（1）所示的一阶电路表达式，
H（s）= （1）
其中，H（s）为对应不同频率测试点的电磁能量值。首先假定该表达式的极点为某指定实部为正的复数值，从而保证拟合系统稳定性，如表达式（2）所示
H（s）= +
（2）
将式（2）进行整理，获得多维矩阵求未知数方程如下：
（3）
由表达式（3）可见，由于此时极点an为预先假设值，此方程为线性方程组，可以方便地进行矩阵运算。又由于（2）式中的分母部分实际代表（1）中的极点部分，通过重复以上步骤可循环求线性方程组获得对零、极点的求解。
将以上的运算过程重复，直到所获得的拟合系统各频率点能量值与三维仿真获得的待拟合的测试值之间的误差降低到可接受的范围以内为止。
从表达式（1）可见，拟合得到的表达式可以轻易转化成为标准电阻、电容、电感构成的SPICE仿真电路。在此待测设计中，设计了针对该算法零极点形式组合自动生成SPICE网表的翻译程序，从而可将以上的电磁场问题转换成为SPICE可仿真的电路问题。
4 实验结论
本部分利用数据通道形式首先通过HFSS获得了系统左侧芯片管脚到右侧管脚之间的电磁环境描述，得到的测量值通过第二部分描述的向量基拟合算法进行了拟合计算，所用极点个数50，迭代运算次数5，获得的拟合结果如图1所示。
由图1可见，采用向量基拟合的方法，在预设极点数目满足要求情况下，可以获得较好拟合效果。
5 结论
本文介绍了一种高频电路信号完整性分析的方法。采用向量基拟合的方法将电磁场行为转化成电路行为，并进行了SPICE仿真验证。结果符合精度要求，证明了算法描述的准确、有效性。
参考文献
[1]Chinea，A.，Grivet-Talocia，S.Haisheng Hu，"Signal Integrity Verification of Multichip Links Using Passive Channel Macromodels，"pp.920-933， June 2011.
[2]H.Hu.，A.Chinea.，S.Grivet-Talocia， M.Miscuglio，"Fast Iterative Simulation of High-Speed Channels via Frequency-Dependent Over-Relaxation，"，San Jose，Ca，October 22-26，2011.
作者单位
中国电子科技集团公司第三十八研究所 安徽省合肥市 230031endprint
摘 要
本文介绍了一种对高频电路中信号完整性进行分析的方法。采用向量基拟合的方式将电磁场行为转化成电路行为进行描述，从而大大减少了计算量。通过对实际模型的仿真分析，证明了本文中方法可以有效地对高频电路进行仿真。
【关键词】向量基拟合 信号完整性分析 高频电路
1 引言
由于数字系统工作频率的持续提高，板上的电磁干扰问题已经成为高速系统设计中的瓶颈。当电路的物理尺寸与电路工作的波长量级可比拟时，电子系统被称为电大尺寸系统。此电子系统易受到诸如外部电磁噪声、交调干扰、传输线反射及系统内非线性电路高阶特性造成的影响，从而使传输路径上的信号波形产生畸变，严重时会造成系统误码率的提高并使系统失效。对于现代电子系统中具有复杂连接关系的情况，此种影响更加突出。
本文设计了一种有效描述高速电路传输路径信号完整性的算法，采用向量基拟合的方式将复杂的电磁行为转换为电路行为，从而实现了高效的电路级仿真分析。结论部分给出了算法的精度描述和对应的信号完整性仿真结果，证明了算法的可行性。
2 解决问题描述
现代电子系统随着工作频率的提高，信道中所传输的信号常常受到交调噪声干扰、反射、传输损失、传输衰减、非线性效应等干扰，从而导致信号波形发生畸变，甚至产生误码。在该系统中，信号经过背板、连接器、芯片底座等单元，尤其是在信道中经过过孔阵列、连接器等单元，将会对信号波形造成非线性影响。
本文中首先通过向量基拟合的方式将不同频率点的能量曲线拟合成极点方程表述形式，该方程符合标准一阶电路表达式，可以方便的转换成对应的SPICE网表形式，并进行相应的电路级仿真。
3 Vector-Fitting（VF）算法
本部分主要介绍如何采用向量基拟合方式（VF， Vector-Fitting），将频率能量特性曲线拟合成为一阶电路描述形式。
本文目标是将各个频点能量行为拟合成如表达式（1）所示的一阶电路表达式，
H（s）= （1）
其中，H（s）为对应不同频率测试点的电磁能量值。首先假定该表达式的极点为某指定实部为正的复数值，从而保证拟合系统稳定性，如表达式（2）所示
H（s）= +
（2）
将式（2）进行整理，获得多维矩阵求未知数方程如下：
（3）
由表达式（3）可见，由于此时极点an为预先假设值，此方程为线性方程组，可以方便地进行矩阵运算。又由于（2）式中的分母部分实际代表（1）中的极点部分，通过重复以上步骤可循环求线性方程组获得对零、极点的求解。
将以上的运算过程重复，直到所获得的拟合系统各频率点能量值与三维仿真获得的待拟合的测试值之间的误差降低到可接受的范围以内为止。
从表达式（1）可见，拟合得到的表达式可以轻易转化成为标准电阻、电容、电感构成的SPICE仿真电路。在此待测设计中，设计了针对该算法零极点形式组合自动生成SPICE网表的翻译程序，从而可将以上的电磁场问题转换成为SPICE可仿真的电路问题。
4 实验结论
本部分利用数据通道形式首先通过HFSS获得了系统左侧芯片管脚到右侧管脚之间的电磁环境描述，得到的测量值通过第二部分描述的向量基拟合算法进行了拟合计算，所用极点个数50，迭代运算次数5，获得的拟合结果如图1所示。
由图1可见，采用向量基拟合的方法，在预设极点数目满足要求情况下，可以获得较好拟合效果。
5 结论
本文介绍了一种高频电路信号完整性分析的方法。采用向量基拟合的方法将电磁场行为转化成电路行为，并进行了SPICE仿真验证。结果符合精度要求，证明了算法描述的准确、有效性。
参考文献
[1]Chinea，A.，Grivet-Talocia，S.Haisheng Hu，"Signal Integrity Verification of Multichip Links Using Passive Channel Macromodels，"pp.920-933， June 2011.
[2]H.Hu.，A.Chinea.，S.Grivet-Talocia， M.Miscuglio，"Fast Iterative Simulation of High-Speed Channels via Frequency-Dependent Over-Relaxation，"，San Jose，Ca，October 22-26，2011.
作者单位
中国电子科技集团公司第三十八研究所 安徽省合肥市 230031endprint
