CN101087148B - 高速差分信号模拟分析系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高速差分信号模拟分析方法，包括步骤：设置模拟分析参数；模拟高速差分信号线及其连接，并将模拟出的高速差分信号线等价成一个耦合通道；将上述耦合通道解析成不同模态下的通道；模拟脉冲信号；记录不同模态下的通道的脉冲响应；模拟高速差分信号；将模拟的高速差分信号解析成不同模态的信号；将不同模态的信号及其相应模态下通道的脉冲响应分别进行快速傅利叶转换；将转换结果分别相乘，并将乘积分别进行反快速傅利叶转换；将反快速傅利叶转换的结果进行累加。本发明亦提供一种高速差分信号模拟分析系统。利用本发明高速差分信号模拟分析系统及方法，避免了操作过程的繁琐和操作时间的延长。

Description

高速差分信号模拟分析系统及方法

技术领域

本发明涉及一种信号模拟分析系统及方法，特别是涉及一种高速差分信号模拟分析系统及方法。

背景技术

随着PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)信号线的各种布线技术的成熟和发展，人们为了改进PCB信号线的工作性能，对PCB信号线的排布通常采用的是高速差分信号线排布形式。而高速差分信号线传输的高速差分信号也因为其精确的时序控制及更高的工作速度为人们所熟知。

随着千兆位元技术的普及和发展，数据传输速率日益提高，人们对高速差分信号的品质要求也日益严格，通常要求高速差分信号传输的误码率(Bit Error Rate，BER)小于10^-12。众所周知，判别高速差分信号的传输是否符合误码率的要求，需要模拟分析数目庞大的高速差分信号的传输。

目前，人们在对排布的高速差分信号线进行模拟分析，判断排布的高速差分信号线对高速差分信号的传输是否符合误码率的要求时，还没有一种工具或方法可以迅速且准确的模拟分析出数目庞大的高速差分信号的传输。人们通常利用的模拟分析工具，例如：Hspice，需要占用非常庞大的计算机系统资源和耗费非常多的操作时间，才能完成数目庞大的高速差分信号传输的模拟分析任务。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种高速差分信号模拟分析系统以迅速且准确的模拟分析出数目庞大的高速差分信号的传输，避免操作过程的繁琐和操作时间的延长。

此外，还有必要提供一种高速差分信号模拟分析方法以迅速且准确的模拟分析出数目庞大的高速差分信号的传输，避免操作过程的繁琐和操作时间的延长。

一种高速差分信号模拟分析系统，包括模拟分析模块。该模拟分析模块包括：模拟子模块，用于设置模拟分析参数，模拟高速差分信号线及其连接，将模拟出的高速差分信号线等价成一个耦合通道，及根据设置的模拟分析参数模拟高速差分信号；解析子模块，用于根据设置的模拟分析参数将上述耦合通道解析成不同模态下的通道，及将模拟的高速差分信号解析成不同模态的信号；所述模拟子模块，还用于根据设置的模拟分析参数模拟经过不同模态下的通道的脉冲信号；存储子模块，用于记录不同模态下的通道的脉冲响应；及计算子模块，用于将不同模态的信号及其相应模态下通道的脉冲响应分别进行快速傅利叶转换，将上述不同模态的信号及其相应模态下通道的脉冲响应的转换结果分别相乘，将乘积分别进行反快速傅利叶转换，及将反快速傅利叶转换的结果进行累加以得出通过耦合通道后的高速差分信号。

一种高速差分信号模拟分析方法，包括如下步骤：(a)设置模拟分析参数；(b)模拟高速差分信号线及其连接，并将模拟出的高速差分信号线等价成一个耦合通道；(c)根据设置的模拟分析参数将上述耦合通道解析成不同模态下的通道；(d)根据设置的模拟分析参数模拟经过不同模态下的通道的脉冲信号；(e)记录不同模态下的通道的脉冲响应；(f)根据设置的模拟分析参数模拟高速差分信号；(g)将模拟的高速差分信号解析成不同模态的信号；(h)将不同模态的信号及其相应模态下通道的脉冲响应分别进行快速傅利叶转换；(i)将上述不同模态的信号及其相应模态下通道的脉冲响应的转换结果分别相乘，并将乘积分别进行反快速傅利叶转换；(j)将反快速傅利叶转换的结果进行累加以得出通过耦合通道后的高速差分信号。

相较现有技术，所述的高速差分信号模拟分析系统及方法，充分考量了需模拟分析的高速差分信号的庞大数目，避免了操作过程的繁琐和操作时间的延长。

附图说明

图1是本发明高速差分信号模拟分析系统较佳实施方式的硬件架构图。

图2是本发明模拟分析模块的子功能模块图。

图3是本发明模拟出的高速差分信号传输示意图。

图4是本发明模拟出的脉冲信号经过不同模态下通道的示意图。

图5是本发明两个高速差分信号同时输入耦合通道的示意图。

图6是本发明高速差分信号模拟分析方法较佳实施方式的具体实施流程图。

具体实施方式

如图1所示，是本发明高速差分信号模拟分析系统较佳实施方式的硬件架构图。该系统包括一个鼠标23，一个键盘25，一个用于进行数据处理的中央处理器13，一个用于进行数据存储的存储装置15，一个用于进行数据显示的显示装置21，及一个用于连接元器件间信号传输的的通用串行总线11。该存储装置15中存储有一个进行高速差分信号模拟分析的模拟分析模块150，及一个高速差分信号线布线文档(未示出)。该显示装置21用于显示该模拟分析模块150模拟的高速差分信号传输示意图、模拟的不同模态的脉冲信号经过不同模态下的通道的示意图及对高速差分信号模拟分析的结果。

如图2所示，是本发明模拟分析模块150的子功能模块图。该模拟分析模块150包括模拟子模块1501、解析子模块1503、存储子模块1505及计算子模块1507。

该模拟子模块1501，用于通过设置模拟分析参数，模拟高速差分信号线及其连接，将模拟出的高速差分信号线等价成一个通道，及根据设置的模拟分析参数模拟高速差分信号。该设置的模拟分析参数包括：需模拟分析的高速差分信号的强度和数目，及需模拟的脉冲信号的强度和数目。该模拟子模块1501通过导入高速差分信号线布线文档，并根据导入的高速差分信号线布线文档来模拟高速差分信号线及其连接；或通过提供图形化界面以及各种线路元件，让使用者通过键盘25和鼠标23进行线路元件连接来模拟高速差分信号线及其连接。本实施例中，该模拟子模块1501提供图形化界面以及各种线路元件来模拟高速差分信号线及其连接。当有两个或两个以上的高速差分信号同时输入一个通道时，该通道即是一个耦合通道。本实施例是以两个高速差分信号同时输入的情况来进行说明的，因此，该等价出的通道是一个耦合通道。如图3所示，模拟出的高速差分信号传输示意图包括该信号输出端17、该信号接收端19及一个耦合通道12，模拟出的高速差分信号从该信号输出端17输出，通过该耦合通道12输入该信号接收端19。

该解析子模块1503，用于根据设置的需模拟分析的高速差分信号的数目将上述耦合通道12解析成不同模态下的通道，及将从该信号输出端17输出的高速差分信号解析成不同模态的信号。当有两个高速差分信号同时输入一个通道时，该耦合通道12及高速差分信号具有两种模态，即：奇模态和偶模态。当有两个以上的高速差分信号同时输入一个通道时，该耦合通道12及高速差分信号具有三种模态，即：奇模态、偶模态和复合模态。本实施例以两个高速差分信号线同时输入的情况来进行说明，因此，该耦合通道12及高速差分信号具有两种模态，即：奇模态和偶模态。如图5所示，该高速差分信号x1(t)与x2(t)同时输入耦合通道

相应产生输出信号与

该x1(t)被解析成偶模态的信号部分记为：

被解析成奇模态的信号部分记为：

该x2(t)被解析成偶模态的信号部分记为：

被解析成奇模态的信号部分记为：

该模拟子模块1501，还用于根据设置的需模拟的脉冲信号的强度和数目模拟经过不同模态下的通道的脉冲信号。如图4所示，模拟出的同模态的脉冲信号经过同模态下的通道，同模态下的通道对同模态的不同脉冲信号有不同的脉冲响应，偶模态下的通道的脉冲响应分别被记为

及

奇模态下的通道的脉冲响应分别被记为

及

模拟出的不同模态下的脉冲信号用于测试不同模态下的通道的脉冲响应。

该存储子模块1505，用于记录不同模态下的通道对模拟出的脉冲信号的脉冲响应。本实施例中，偶模态下的通道的脉冲响应记为

奇模态下的通道的脉冲响应记为

则 $\stackrel{\→}{h}\left(t\right)={\stackrel{\→}{h}}_e\left(t\right)+{\stackrel{\→}{h}}_o\left(t\right),$ 且 ${\stackrel{\→}{h}}_e\left(t\right)=\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\→}{h}}_{e1}\left(t\right)\\ {\stackrel{\→}{h}}_{e2}\left(t\right)\end{array}\right],$

$h_o\left(t\right)=\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\→}{h}}_{o1}\left(t\right)\\ {\stackrel{\→}{h}}_{o2}\left(t\right)\end{array}\right].$

该计算子模块1507，用于将不同模态的信号及其相应模态下通道的脉冲响应分别进行快速傅利叶转换。当只有一个高速差分信号x(t)经由某通道h(t)输出时，输出的信号y(t)为x(t)与h(t)的折积，表达式为： $y\left(t\right)=\underset{\mathrm{\τ}=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}x(t-\mathrm{\τ})\·h\left(\mathrm{\τ}\right)=x\left(t\right)*h\left(t\right),$ “*”为折积运算子。在本实施例中， ${\stackrel{\→}{y}}_1\left(t\right)={\stackrel{\→}{x}}_{e1}\left(t\right)*{\stackrel{\→}{h}}_{e1}\left(t\right)+{\stackrel{\→}{x}}_{o1}\left(t\right)*{\stackrel{\→}{h}}_{o1}\left(t\right),$ ${\stackrel{\→}{y}}_2\left(t\right)={\stackrel{\→}{x}}_{e2}\left(t\right)*{\stackrel{\→}{h}}_{e2}\left(t\right)+{\stackrel{\→}{x}}_{o2}\left(t\right)*{\stackrel{\→}{h}}_{o2}\left(t\right).$ 进行傅利叶(Fourier)转换将时间函数转换为频域函数的表达式为： $F\left(\mathrm{\ω}\right)=\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}y\left(t\right)\·e^{-\mathrm{j\ωt}}\mathrm{d\ω},$ ω＝2πf，j是一个常量。

该计算子模块1507，还用于将上述不同模态的信号及其相应模态下通道的脉冲响应的转换结果分别相乘，将乘积分别进行反快速傅利叶转换，及将反快速傅利叶转换的结果进行累加。根据傅利叶转换的特性得知，两个时间函数的折积等同于它们转换成频域函数乘积的反傅利叶转换，即： $y\left(t\right)=x\left(t\right)*h\left(t\right)=\underset{\mathrm{\τ}=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}x(t-\mathrm{\τ})\·h\left(\mathrm{\τ}\right)=F^{-1}(F\left(x\left(t\right)\right)\·F\left(h\left(t\right)\right)).$

对运用该高速差分信号模拟分析系统以实现对高速差分信号进行快速及准确的计算的步骤，进行如下阐述。

首先，令模拟子模块1501设置模拟分析参数，及提供图形化界面以及各种线路元件以模拟高速差分信号线及其连接(如图3所示)。

接着，令解析子模块1503根据设置的需模拟分析的高速差分信号的数目将上述耦合通道12解析成不同模态下的通道，模拟子模块1501根据设置的需模拟分析的高速差分信号的强度和数目模拟经过不同模态下的通道的脉冲信号(如图4所示)，存储子模块1505记录不同模态下的通道对模拟出的脉冲信号的脉冲响应，模拟子模块1501根据设置的需模拟分析的高速差分信号的强度和数目，模拟出从该信号输出端17输出的通过该耦合通道12输入该信号接收端19的高速差分信号，解析子模块1503将从该信号输出端17输出的高速差分信号解析成不同模态的信号(如图5所示)。

之后，令计算子模块1507将不同模态的信号及其相应模态下通道的脉冲响应分别进行快速傅利叶转换，将上述不同模态的信号及其相应模态下通道的脉冲响应的转换结果分别相乘，将乘积分别进行反快速傅利叶转换，及将反快速傅利叶转换的结果进行累加得出通过耦合通道后的高速差分信号。

如图6所示，是本发明高速差分信号模拟分析方法较佳实施方式的具体实施流程图。首先，模拟子模块1501设置模拟分析参数，提供图形化界面以及各种线路元件以模拟高速差分信号线及其连接，将模拟出的高速差分信号线等价成一个耦合通道，也就是进行高速差分信号传输过程的模拟，模拟结果通过显示装置21显示出来(步骤S21)。解析子模块1503根据设置的需模拟分析的高速差分信号的数目将上述耦合通道12解析成不同模态下的通道(步骤S23)。模拟子模块1501根据设置的需模拟分析的脉冲信号的强度和数目模拟经过不同模态下的通道的脉冲信号，模拟结果通过显示装置21显示出来，存储子模块1505记录不同模态下的通道对模拟出的脉冲信号的脉冲响应(步骤S25)。模拟子模块1501根据设置的需模拟分析的高速差分信号的强度和数目，模拟出从该信号输出端17输出的通过该耦合通道12输入该信号接收端19的高速差分信号，解析子模块1503将从该信号输出端17输出的高速差分信号解析成不同模态的信号(步骤S27)。计算子模块1507将不同模态的信号及其相应模态下通道的脉冲响应分别进行快速傅利叶转换，将时间函数转换为频域函数(步骤S29)。计算子模块1507将上述不同模态的信号及其相应模态下通道的脉冲响应的转换结果分别相乘，将乘积分别进行反快速傅利叶转换(步骤S31)。计算子模块1507将上述反快速傅利叶转换的结果进行累加得出通过耦合通道后的高速差分信号，通过显示装置21将计算结果显示出来(步骤S33)。

Claims (4)

1.一种高速差分信号模拟分析系统，包括模拟分析模块，其特征在于，该模拟分析模块包括：

模拟子模块，用于设置模拟分析参数，模拟高速差分信号线及其连接，将模拟出的高速差分信号线等价成一个耦合通道，及根据设置的模拟分析参数模拟高速差分信号，该模拟分析参数包括需模拟分析的高速差分信号的强度和数目，及需模拟的脉冲信号的强度和数目；

解析子模块，用于根据设置的模拟分析参数将上述耦合通道解析成不同模态下的通道，及将模拟的高速差分信号解析成不同模态的信号；

所述模拟子模块，还用于根据设置的模拟分析参数模拟经过不同模态下的通道的脉冲信号；

存储子模块，用于记录不同模态下的通道的脉冲响应；及

计算子模块，用于将不同模态的信号及其相应模态下通道的脉冲响应分别进行快速傅利叶转换，将上述不同模态的信号及其相应模态下通道的脉冲响应的转换结果分别相乘，将乘积分别进行反快速傅利叶转换，及将反快速傅利叶转换的结果进行累加以得出通过耦合通道后的高速差分信号。

2.如权利要求1所述的高速差分信号模拟分析系统，其特征在于，该模拟的经过不同模态下通道的脉冲信号用于得出不同模态下的通道的脉冲响应。

3.一种高速差分信号模拟分析方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

设置模拟分析参数，该模拟分析参数包括需模拟分析的高速差分信号的强度和数目，及需模拟的脉冲信号的强度和数目；

模拟高速差分信号线及其连接，并将模拟出的高速差分信号线等价成一个耦合通道；

根据设置的模拟分析参数将上述耦合通道解析成不同模态下的通道；

根据设置的模拟分析参数模拟经过不同模态下的通道的脉冲信号；

记录不同模态下的通道的脉冲响应；

根据设置的模拟分析参数模拟高速差分信号；

将模拟的高速差分信号解析成不同模态的信号；

将不同模态的信号及其相应模态下通道的脉冲响应分别进行快速傅利叶转换；

将上述不同模态的信号及其相应模态下通道的脉冲响应的转换结果分别相乘，并将乘积分别进行反快速傅利叶转换；及

将反快速傅利叶转换的结果进行累加以得出通过耦合通道后的高速差分信号。

4.如权利要求3所述的高速差分信号模拟分析方法，其特征在于，该模拟出的经过不同模态下通道的脉冲信号用于得出不同模态下的通道的脉冲响应。

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