ADS应用技巧（7）——ADS的Momentum端口设置（上）

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本文翻译自Recommendations for Port Setup When Using ADS Momentum and Modelithics Models——Keysight EEsof EDA

自ADS2011开始，Momentum引入了一些新特性，其中一个是端口校准类型，它们对联合仿真的影响值得关注。本文对端口类名做出解释，展示多种联合仿真结果，并展示不同端口形状和校准类型的影响，并根据仿真和实测数据的对比给出端口设置建议。

一、ADS中的Pin/Port

首先明确一下Pin和Port的区别，版图中的Pin是指版图中某一个特定位置的点（Point Pin）、边（Edge Pin）或者区域（Area Pin）。下图中蓝色部分都代表一个Pin，左边P1箭头端点的蓝点可能不是很清晰，P2是一条边，P3是一个矩形区域。

Momentum仿真中，用户可以对各种S参数端口（Port）进行任意组合，例如给一个共面波导的GSG端口定义一个正极性Pin（以下简称Pin+）和两个负极性Pin（以下简称Pin-）；Momentum支持一个Port有多个Pin+或/和Pin-。

S参数端口的参考地既可以是隐式的（implicit），也可以是显式的（explicit）。下图中，b明确了port 1的+端和-端，为显式；d只指定了port 1和port 2的+端，没有指定-端，因此Momentum只能默认选择最近的无限大地平面为参考G，为隐式。如果连无限地平面也没有，Momentum会使用无限远处的零电势点为参考。因此在两端口器件的联合仿真中，你有两个选择：1、按下图中a沿着器件设置一个差分端口（differential）；2、按下图中c给器件设置两个单端（single-ended）端口（每个焊盘一个端口），每一个端口都参考最近的地平面。

但是，使用差分端口你就得千万小心了，因为如果把器件看做是一个pi型网络，它左右两侧（Zg1和Zg2）都有一个并联接地阻抗，差分端口会使Zg1+Zg2与pi型网络的串联阻抗形成并联关系。而通常器件的model中包含的并联成分是假定以地为参考的。如果Zg1和Zg2较大，正如很多的小型器件模型在微波频率的低端是表现阻抗较高，那么差分端口带来的误差可以忽略。本文中大部分例子也是这种场景。虽然使用单端端口更为严谨，但是使用差分端口更为便捷，例如，如果一个版图中只有有限的接地平面且含有大量的表贴器件，使用差分端口可以大大减少显式接地的数量。（但本文并不涉及包含有限接地平面的仿真）。

其他端口相关的重要考量包括：Pin的尺寸、Pin+/Pin-的间距。一个黄金法则是保持Pin+/Pin-的间距小于最高仿真频率对应波长的10%。另外，要知道如果Pin放在金属的边沿，那么整条边默认都是等电位的（都作为激励源对待），因此这条边的长度也必须小于1/10波长。因此，放置edge pin在大片金属的边上（例如有限接地平面）一定要小心。最后，如果一个area pin定义为多边形，那么这个多边形的最大几何尺寸也不能超过1/10波长。

二、Momentum端口校准类型

• TML

  TML端口校准（早期版本中称为Single Mode）用于端口连接传输线时使用。Momentum会将传输线（或与端口接触的边）延长，使用一个两倍长度的传输线校准件来对传输线引入的影响进行去嵌入。这种校准手段可以减少激励源附近的高次模影响，并增加了传输线电流与电路之间的互藕效果。因此如果电路是使用长传输线来馈入就建议使用TML校准，举个例子：常见的微带测试夹具。

  
  

  

• TML(Zero Length)

  这种校准可用于连接到较短传输线或其他图形边沿的端口。当使用TML校准将传输线延长后会与同一图层的其他结构相交时，就可以使用TML(Zero Length)。Momentum将激励源直接接到端口上，不再给端口添加延长传输线，因此该种校准仅仅是移除了金属边缘的分布电容，并不会滤除高次模。如果选择了TML校准，但延长传输线又会与同一图层的其他结构相交时，Momentum会警告并自动使用TML(Zero Length)。

  
  

  

• Delta Gap

  Delta Gap校准用于给理想标贴器件（例如理想R/L/C模型）增加寄生效果。使用两个沿着焊盘间隙的差分Pin来放置Delta Gap校准端口，且Pin必须放置在金属的边上（即一对差分的Edge Pin）。Delta Gap校准相当于从每个焊盘向内各增加一块金属，给激励源保留一小块间隙，Momentum故意不给这两块金属进行去嵌入处理，这就相当于给端口增加了一些寄生的自阻抗，从而模拟器件的部分寄生参数。这一小块额外的金属也模拟了器件与其他相邻走线或器件之间的互感。

  
  

  

• Surface Mount Device

  使用SMD端口校准时需要在表贴器件的焊盘内侧边沿处放置一对差分Pin，用于表贴器件模型中已经包含了自身的寄生参数的情况。SMD校准将两个焊盘向彼此内部拉伸，给激励源保留一小块间隙，这就相当于给SMD焊盘间增加了一小块额外的金属，用于模拟跟附近电路间的互耦。Momentum利用额外的金属作为校准件，移除这部分金属的自阻抗，但保留了金属之间、与附近电路的容性和/或感性互耦。通常SMD器件的模型不包含相邻走线间的互耦阻抗，因此利用SMD端口校准就可以将这种效果考虑进来。Delta Gap和SMD校准的关键区别是：Delta Gap保留了额外小块金属的自阻抗，而SMD移除了这部分自阻抗。

  
  

  

• None(Uncalibrated)

  早期版本的ADS中称为内部端口（Internal Ports），ADS2011往后称为无校准端口（None），据作者所知，最新的ADS2021版本中，又改名叫直连端口（Direct）。未校准端口可以放置在电路的任意位置（不局限于导体和介质的边界），可用于激励点、边、区域；既可以使用隐式参考地的单个Pin，也可以使用多个Pin+和/或多个Pin-。有时候，未校准端口是模拟电路中器件连接的最佳选择。

更多关于校准类型的信息，请查阅相关的ADS文档。

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