對于信號完整性理論的初學者而言,S參數(Scattering parameters,散射參數)是繞不開的一座大山。不比夏日海灘上曼妙的S曲線,令人賞心悅目,瞬間治愈;新手上路,S參數曲線卻總讓人望而卻步,剎那“致郁”。
S參數最初應用于射頻領域,后來逐漸在信號完整性研究尤其是高速串行鏈路的分析中得到廣泛使用。作為一種行為模型,S參數用于描述線性、無源互連通道如何與入射波相互作用,包含了互連通道的損耗、阻抗連續性、反射、延時、串擾等豐富信息,在每個頻點可通過S參數得到各端口的輸出信號,而將互連通道視為一個黑盒子,不用了解其內部結構。
在設計階段,S參數可通過仿真軟件提取,在產品調試階段可通過矢量網絡分析儀(VNA)直接測得,因此,S參數為研究互連通道的幅頻和相頻特性、以及信號如何有效的傳輸提供了極大便利。港真,給我一個S參數,我可以撬動地球。
先以最簡單的二端口網絡(如下圖示)為例介紹S參數中最重要的概念:回波損耗(Return Loss,對應S11,也叫返回損耗)、插入損耗(Insertion Loss,對應S21)。
假設1端口是信號輸入端,2端口是信號輸出端,那么S11表示信號在1端口的反射損失,值越接近0越好(當用dB表示時,回波損耗為負值,絕對值越大越好),表示信號傳輸過程反射越小。插入損耗S21表示信號從1端口傳輸到2端口過程中的損失,是對由導線損耗和介質損耗引起衰減的直接度量,值越接近1(0dB)越好,表示信號在互連通道中傳輸時的損失越小,“插入損耗”的叫法容易讓初學者誤解,其實也可以理解成傳輸系數。
利用S參數繼續研究兩個互連通道之間的相互影響,比如兩條單端線之間的串擾,需要用到四端口網絡(如下圖示)。對于多端口的排序,根據大神Eric Bogatin的建議,最好將奇數端口序號指派在通道左側,右側指派相鄰的偶數序號,此時,S31可以表示近端串擾(NEXT),S41表示遠端串擾(FEXT)。
S參數分析技術不可謂不強大,前提是你要有雙火眼金睛,篇幅所限,本文只介紹了S參數最基本的概念,各位如果意猶未盡,不妨猛戳如下鏈接,匯總了高速先生之前積累的相關文章(團隊的力量是巨大的,小編在此表示心存感激,如果說這篇文章寫得輕松案例豐富,只是因為我站在巨人的肩膀上)以飧讀者,看看S參數在實戰中是如何發揮巨大威力的,同時,也可以加深對S參數的理解。
《S參數在SI仿真中的應用_基礎篇》
通過S參數判斷通道阻抗匹配程度及插損曲線的分析方法介紹;
《S參數在SI仿真中的應用_進階篇》
如何通過S參數判斷通道串擾及延時;
《從S參數能得到傳輸線阻抗嗎?》
從S參數的回損曲線推導出傳輸線阻抗的方法;
《S參數的損耗曲線到底怎么來的?》
如何推導得到S參數的損耗曲線;
《S參數間的加減乘除》
S參數矩陣運算得到不同模態值的方法;
《S參數震蕩原因總結》
S參數插損曲線震蕩原因簡介;
《S參數哪個頻段最影響TDR阻抗》
S參數里的微小諧振影響TDR阻抗的案例分析;
《S參數與信號協議》
如何理解信號協議中的通道S參數要求。
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原文標題:S參數入門及實戰案例匯總
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