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

  • From: "Chase, Yun" <Yun_Chase@xxxxxxxxxx>
  • To: "lrayzman@xxxxxxxxx" <lrayzman@xxxxxxxxx>, "si-list@xxxxxxxxxxxxx" <si-list@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Fri, 28 May 2021 14:23:19 +0000

Hi Lenny,
Good interesting feedback.

The port reduction was suggested only as a debug/troubleshoot method for your 
large port count S-par... I wasn't implying that it will somehow improve the 
issue you are faced with...

If you observe that small cases work as expected... but issues arise when you 
scale to a larger problem... are you able to create some intermediate test 
cases where you can delineate where the departure from the expected results 
starts to show up in your test cases?  Perhaps that can provide some clues as 
to where to spend some cycles...

Also, if this ends up being a DC point modeling issue with the EDA tool that 
leads to some undesirable S-par model behavior, then you may have to simply 
collaborate with your favorite EDA AEs to dig into this further.   (If it 
happens to be mine, then I'd be happy to help!!!  :-)

Regards,
Chase
___________________________________________________
Signal and Power Integrity | Siemens EDA (Mentor) | Boston, USA
+1-508-565-8080
yun_chase@xxxxxxxxxx
https://support.sw.siemens.com/

-----Original Message-----
From: si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On ;
Behalf Of L R
Sent: Friday, May 28, 2021 10:06 AM
To: si-list@xxxxxxxxxxxxx
Subject: [SI-LIST] Re: AW: S-parameter reference shift

ve also created a simple resistor based low port count conceptual version of my 
setup, where I could easily derive Z parameter, from which I can obtain the 
s-parameter as a baseline to put to rest any doubts in numerical solution. In 
such simple cases I get expected results.  It appears when I scale this to a 
large port count the results are not consistent. Port reduction of s-parameter 
does not improve matters. The general observation is the voltages/currents 
within  A group and B group are correct, and as a matter of fact the 
propagations between A group and B group ports are preserved. What I mean by 
that is signals generated across ports of one side are preserved to across 
ports other side exactly as expected -- essentially what Vladimir alluded to.   
But there can be a "common mode" (if you will) voltage shift of entire set of B 
ports,  often outside of valid range of  . It is also evident that it is the 
s-parameter itself , and not the surrounding circuitry, that is the f  orcing 
function for operating point calculation of spice engines to force the shift.  
Again this is all DC/operating point, and s-parameter contains explicit 0Hz 
point from explicit conductive solution rather than extrapolated.  Besides the 
obvious question why this happens, the other question for me has been how to 
best detect this on s-parameter directly.  As to avoid the tedium of  checking 
s-parameter by wiring up 10s to 100s of ports every time for checking by spice 
analysis. Best,Lenny
    On Thursday, May 27, 2021, 08:22:14 PM PDT, Chase, Yun 
<yun_chase@xxxxxxxxxx> wrote:  
 
 Hi Lenny,

Starting with your S-parameter model itself:. What does the Insertion Loss look 
like on those groups of Ports as you approach DC:  Can you make any sense of 
it?  Does it look reasonable?  If not, then are you able to reduce the number 
of Ports in your model?  Sounded like you have multiple groups of numerous 
Ports: then try to reduce it down to just a Port A and a Port B:  And then run 
through the Insertion Loss and your DC simulation exercise:  Do those results 
make any sense?  Based on that observation, you will have to decide whether to 
try a slightly larger model if you got some good results there:or if none of 
that makes sense at all, then Yuriy just gave you one of the best advices for 
free of charge: "create a very simplified problem and investigate"!

If you suspect a tool issue in the S-par extraction part: then create a simple 
Transmission line model: place 2 ports on it: and then run through your 
simulation exercise again.  Do the DC results make sense now?  A simple single 
ended Microstrip project for our HyperLynx Advanced Solvers is one I hold 
dearly: I always go back to that project if I need to do a sanity check on 
anything that might not be so obvious to me at any given moment: I get a lot of 
mileage out of it.  Actually, I also hold a simple flipchip Package design as 
well which can run really fast but can give valuable answers to questions that 
I might have for the day.  These kinds of simple designs can help you to fast 
root cause some simple "uh-oh" moments:

OK, in the worst case if that simple problem fails to make sense:  then you 
could even create a simple resistor network in a schematic based circuit 
simulation tool like HyperLynx LineSim (or any other circuit simulation tool of 
your choice) and create an S-par from that resistor network: and then run your 
DC simulation using that S-par model: Could that help to increase your 
understanding of the problem?  Perhaps...

And lastly: are you by any chance working with Package ports where you have to 
lump multiple groups of IC Pins to create Ports?  At DC, this might not matter 
too much but sometimes that could cause some numerical instabilities during the 
full system solve: Or how about, do you have any series components embedded in 
the model as part of your S-par extraction?  If yes, then are you comfortable 
with the circuit component model that is being used?  There are so many 
factors: but without fully knowing what you are working with it's tough to 
troubleshoot from the gallery:.  But again: using a simplified model to get a 
baseline of the circuit behavior will, for sure, should help you to root cause 
the issue faster.  Certainly does it for me....

If you want, feel free to reach me offline: I'd be happy to go through a web 
session with ya to run through some quick examples to validate our thinking 
process:

Just my 2 cents...

Regards,
Chase
___________________________________________________
Signal and Power Integrity | Siemens EDA (Mentor) | Boston, USA
+1-508-565-8080
yun_chase@xxxxxxxxxx
https://support.sw.siemens.com/


-----Original Message-----
From: si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On ;
Behalf Of Yuriy Shlepnev
Sent: Thursday, May 27, 2021 2:26 PM
To: lrayzman@xxxxxxxxx; si-list@xxxxxxxxxxxxx
Subject: [SI-LIST] Re: AW: S-parameter reference shift

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 here may be couple of things I am not clear on 
based on below explanation.б ile 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  loop A-B, into let's call it "forward" and 
"return"б ub-paths.б y that reasoning I would think then choose A side 
reference as reference for entire s-parameter still should still be captured 
correctly?б enny
    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 here 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 ogically this is 
similar to a split plane scenario except there is a weakly conductive path 
connecting the planes, toб nsures a predictable conductive path from A-plane to 
B-plane at DC.
The s-parameter is solved with an explicit conductive s б lve 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 orts 
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 hat 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     -group.б owever, without 
looking acб oss 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 s accessible at:
б= б= б= б= б= б= б ttp://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 s accessible at:
б= б= б= б= б= б= б ttp://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

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

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

------------------------------------------------------------------
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: