[SI-LIST] Re: AW: S-parameter reference shift

  • From: "Yuriy Shlepnev" <shlepnev@xxxxxxxxxxxxx>
  • To: <lrayzman@xxxxxxxxx>, <si-list@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Thu, 27 May 2021 11:26:02 -0700

Hi Lenny,

If everything is defined as you described, I think that your expectation are
correct. If S-parameters are properly extracted and include at least
asymptotes to DC, you should see some correlation between voltages at A and
B, but only in the flat parts of a step response (that is also corresponds
to the DC solution). If not, something is wrong. In such cases I would
create a very simplified problem and investigate. 
Cross-probing of transients or AC for a distributed electrically large
system may produce some strange useless results, that can be simply
explained by the delays within the system. For instance, AC response of
ideal t-line segment terminated with characteristic impedance and 1 V
travelling wave on one end will give 1 V at the other end, but if we
cross-probe (virtually) the opposite ends we will observe values from 0 to 2
V, depending on the electrical length. 

Best regards,
Yuriy

Yuriy Shlepnev, Ph.D.
President, Simberian Inc.

www.simberian.com
Simbeor THz - Accurate, Productive and Cost-Effective Electromagnetic Signal
Integrity Software to Design Predictable Interconnects!
Simbeor SDK - The Industry-First Signal Integrity Analysis Automation Kit!

  

-----Original Message-----
From: si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On
Behalf Of L R (Redacted sender "lrayzman" for DMARC)
Sent: Thursday, May 27, 2021 10:58 AM
To: si-list@xxxxxxxxxxxxx
Subject: [SI-LIST] Re: AW: S-parameter reference shift

Thank you for your feedback.б= There may be couple of things I am not clear
on based on below explanation.б=While by definition s-parameter does not
explicitly internalize any conductive connections between ports, it is my
understanding that it does describe all and any conductive paths that exist
in my physical problem. If this is correct, then in my scenario all ports,
including B, not isolated of each other but rather do have non-ambigous
predictable path (it would be ambiguous if no predictable path exists
between A and B planes at DC). Here I am simply breaking upб= a loop A-B,
into let's call it "forward" and "return"б= sub-paths.б= By that reasoning I
would think then choose A side reference as reference for entire s-parameter
still should still be captured correctly?б=
Lenny
    On Wednesday, May 26, 2021, 10:41:21 PM PDT, Havermann Gert
<dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx> wrote:  
 
 Hi Lenny,
Vladimir is correct. I think the main problem in your case is how you
defined the reference. S-Parameters only allow one global reference. If you
are interested in seeing differences between planes, then you should define
all planes as nodes and add a separate reference (a plane far away from
other ports and metals) for the S-parameters.
BR
Gert



----------------------------------------
HARTING Stiftung & Co. KG | Postfach 11 33, 32325 Espelkamp |
www.HARTING.com
PersцTnlich haftende Gesellschafterin:
HARTING Fц+hrungsstiftung | Amtsgericht Mц+nchen | HRA 108479 | Mц+nchen
Vorstand: Dipl.-Kfm. Philip F. W. Harting (Vorsitzender), Dipl.-Kffr. Maresa
W. M. Harting-Hertz, Dipl.-Kfm. Dr.-Ing. E. h. Dietmar Harting,
Dipl.-Hdl. Margrit Harting, Dr.-Ing. Kurt D. Bettenhausen, Dipl.-Ing. (FH)
Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Andreas Conrad, Dr. iur. Michael Pц+tz
Sitz der Gesellschaft: Espelkamp | Amtsgericht Bad Oeynhausen | HRA 9021 |
UST-ld Nr. DE812136745

-----Ursprц+ngliche Nachricht-----
Von: si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx <si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx> Im Auftrag
von Dmitriev-Zdorov, Vladimir
Gesendet: Donnerstag, 27. Mai 2021 04:50
An: si-list@xxxxxxxxxxxxx
Betreff: [SI-LIST] S-parameter reference shift

Hi Lenny,
Please be aware that in general, replacing a part of your design with
S-parameters may not be an equivalent substitution. What S-parameters (and
also Y, Z) can capture is only relations between port variables (port waves,
voltages, currents), but not the voltages between the terminals of different
ports. Think of the S-parameter block as a model which only defines all
transfer functions between variables of ports (m, n), where m, n are all
port index pairs. Numerical implementation of such transfer functions inside
any simulator is equivalent to ideal transformers, with no conductive
connection between the coils. What it means is that if in the original
design you had e.g. 1V DC shift between nodes that now are (+) terminals of
the two different S-parameter ports, you may get a very different "voltage"
if it is not a port voltage.

The two things to remember about S-parameters:
1. Port constraint: the current that enters positive terminal of the port
and the current that leaves negative terminal of this port are forced to be
the same. If such restriction didn't exist in the original design, you may
get a different solution.
2. No conductive connection exists between different ports inside
S-parameter model (it should be defined outside). If such connection existed
in your design, the result could be different.

If two above restrictions make sense for your design, you should be getting
correct port variables, but don't try to compare voltages between "A" and
"B" ports.

If I remember correctly, spice instance of the S-parameter model has two
formats. In one, you only need to define "positive" terminals of each port,
by associating them with node names. In this case, Hspice will automatically
connect all reference terminals of each port to a "global reference". After
connecting each port's reference terminal to the global reference, you can
measure voltages between distant terminals, however the result might be
different from your expectation. Indeed, did you have the voltage at nodes
which now become port reference terminals be all zero? If not, that's an
explanation of why you have different results. There is a more general
syntax for S-parameter ports' terminals assignments, in which you need to
explicitly define the nodes for both positive and negative (reference)
terminal of each port. In this case, you have more flexibility, but still no
guarantee that you will get the same voltage across different ports.

Vladimir


From: "L R" <dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx> (Redacted sender "lrayzman"
for
Subject: [SI-LIST] S-parameter reference shift

Hello SI-Listers,
I am describing a physical model with s-parameter, where I have a group of
ports, call them A-group, referencing a local plane. There is then another
group of ports, B-group, referencing another local plane.б= There are
general paths between A-group and B-group which is what I am interested to
describe by s-parameter. An important detail is that all B-group
connections, including returns, are ports which are referenced to B-plane as
opposed to conventional method where a port represents both forward and
return paths. (This is done intentionally for reasons that are not as
relevant here.)Suppose the planes are interconnected through a conductive
path, with conductivity perhaps few orders of magnitude higher than
conductivity of local planes.б= Logically this is similar to a split plane
scenario except there is a weakly conductive path connecting the planes,
toб= ensures a predictable conductive path from A-plane to B-plane at DC.
The s-parameter is solved with an explicit conductive s
б= olve at 0Hz, presumably correctly. I then use this parameter in spice,
where I am careful to properly connect circuits to ports such that there is
no improper cross-plane interaction. What I mean by that is, if A-group
ports are referenced to same spice node as a reference for s-parameter, then
connectivity for B-б= ports referenced only with respect to each other. In
this way my intention is allow currents to flow through through immediate
paths between A-and B- group with (theoretically) no/negligible DC currents
to flow through path between planes. Now, I energize a set of A- ports with
known voltage source. This will energize the circuit on B- side.б= What I
expect is voltages on any B-side node to remain within levels of A- side
(since B- circuitry is drawing and not sourcing, and as measured both
relative to B-side and A-side). What I may often see on B- side is the
entire group is shifted *outside* of the range of the A-group voltage,
typically below the reference level ofб
 = A
 -group.б= However, without looking acб= ross A- to B- boundaries, each A-
or B- side locally is behaving as expected. Note that this entire discussion
is at 0Hz as computed by spice DC operating point for the complete circuit.
I don't think all this is some illegal use of s-parameters -- this is just
simply calling out a different location as port reference. I am wondering if
any one has some insight into what could be causing this. More importantly
is there a method to detect this condition? It seems satisfying passivity is
not sufficient here.
Best regards,Lenny Rayzman


------------------------------

End of si-list Digest V2 #91
****************************

------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forumб= is accessible at:
б= б= б= б= б= б= б= http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:
//www.freelists.org/archives/si-list

Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
 http://www.qsl.net/wb6tpu


------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forumб= is accessible at:
б= б= б= б= б= б= б= http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:б= б= 
б=б=б= б=б=б= //www.freelists.org/archives/si-list
 
Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
 б=б=б= б=б=б= http://www.qsl.net/wb6tpu
б= 

  
------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum  is accessible at:
               http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:     
                //www.freelists.org/archives/si-list
 
Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
                http://www.qsl.net/wb6tpu
  

------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum  is accessible at:
               http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:     
                //www.freelists.org/archives/si-list
 
Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
                http://www.qsl.net/wb6tpu
  

Other related posts: