Channelsim 调用 VPI 案例联仿

前言

在 Ethernet Designer 出来以前，我是用的 Channelsim 调用 VPI 做联仿的，因为 VPI 中有很多现成的案例可供参考。

虽然 VPI 也是一个很强大的光通信仿真工具，用来做学术研究，理论模型很不错，但工程能力相比 ADS 就逊色很多了。例如你想在其中使用 S 参数，由于没有现成的 S 参数工具，就只能摆出一堆滤波器来实现，密密麻麻的很是恼人，参考我以前写的博客VPI中加载光s4p参数。

趁这次机会，我将以前做 ADS-VPI 联仿的经验总结一下，也算是给未来可能淘汰掉的工程方法做个收尾。

VPI 案例分析

这次用最简单的 VPI 案例为单波 100G PAM-4 光互连（Single-Wavelength 100G PAM-4 Optical Interconnect），原理图如下

先简要分析一下这个简单案例。信源是一个 PAM-M 的电信源，该信号经过滤波与整形处理后，以差分的形式喂给推挽式 MZM 的电极，调整两臂相位实现光载波调制。光信号经过光纤后，由一个 PD 的行为模型接收，转换为电信号，再经过这个 PD 的等效低通滤波，也就是 S21，传给 CDR 与 FFE 做处理，最后计算出 BER 与 SER。

这里需要注意的是，VPI 这里的 CDR 是一个理想的，可以认为是作弊了的时钟恢复组件 ClockRecoveryIdeal。因为该组件是根据逻辑通道的信息，也就是 PAM-M 信源输出的比特流来做相关运算，从而对齐信号与码型。因此这里跟传统的 DSP 芯片通过 PLL 恢复时钟信号不一样，理论上 Rx 端在设置好各种均衡参数后就不需要 Tx 端的码流信息了。同样的道理，BER_Multilevel 也是为了计算蒙特卡洛的 BER 而获取了逻辑通道中的码流信息。

我们想把 VPI 中的光电链路案例嵌入到 ADS ChannelSim 中，通过通道仿真的方式进行链路级评估。这里需要注意几个问题：

VPI 案例中的电信源是自带的，需要替换为 ADS 中的 AMI 模型。
VPI 本身主要负责光电器件与光链路行为仿真，并不直接承担 ADS ChannelSim 所需的 AMI 模型加载与训练流程。因此，Tx / Rx 的 AMI 行为仍然需要在 ADS 侧完成。
逻辑通道中的码流信息也需要一并考虑。
Rx AMI 的均衡参数不是单纯从接收波形中“凭空”得到的，而是依赖已知码型、接收波形以及目标判决电平之间的关系进行估计。因此，仿真中不仅要传递波形，也要保证 Tx 端发出的 symbol pattern 与 Rx AMI 端用于训练的码型一致。
嵌入后的链路训练方式需要重新考虑。
对 ADS 而言，VPI 嵌入组件更像是一个波形变换黑箱。ChannelSim 可以看到它的输入输出波形，但未必能够像处理普通 S 参数通道那样，直接得到经过 VPI 光电链路之后的 pulse response。因此，如果 Rx AMI 的训练依赖 pulse response，或者需要基于通道脉冲响应来计算均衡参数，就可能遇到困难。
完整链路训练需要 Tx AMI 与 Rx AMI 协同。
在标准电链路 AMI 流程中，Rx 端可能通过训练得到类似 proxy_TX_FIR 的反馈参数，再传递给 Tx，用于调整 Tx FFE / FIR 预加重系数。
但当中间链路被 VPI 嵌入组件替代后，这种 Tx-Rx 之间的反向协同训练链路不一定还能自然打通。因此，实际建模时需要明确：VPI 组件到底只是一个固定的 E-O-E 波形映射，还是也参与 AMI 训练闭环。

因此，把 VPI 光电链路嵌入 ADS ChannelSim 时，不能简单把它理解成一个普通的 S 参数通道。它更接近一个 E-O-E 行为黑箱：输入是电信号波形，输出也是电信号波形，中间包含光源、调制器、光纤、探测器和模拟前端等复杂行为。

这会带来一个关键问题：传统 AMI 链路训练往往依赖码型、pulse response 以及 Tx/Rx 之间的参数协商；而 VPI 嵌入链路未必能自然暴露这些信息。因此，真正可行的方案通常有两类：

一类是把 VPI 链路当作固定黑箱，只做波形级前向仿真，然后在 Rx 端做后处理均衡；
另一类是将 VPI 链路等效成 ADS / AMI 能识别的行为模型，例如线性 impulse response、Volterra 模型、查表模型或自定义 Redriver AMI，从而重新接入 ChannelSim 的训练闭环。