S参数入门及实战案例汇总

来源:一博自媒体 时间:2019-2-25 类别:微信自媒体

作者:周伟  一博科技高速先生团队队员

对于信号完整性理论的初学者而言,S参数(Scatteringparameters,散射参数)是绕不开的一座大山。不比夏日海滩上曼妙的S曲线,令人赏心悦目,瞬间治愈;新手上路,S参数曲线却总让人望而却步,刹那“致郁”。

S参数最初应用于射频领域,后来逐渐在信号完整性研究尤其是高速串行链路的分析中得到广泛使用。作为一种行为模型,S参数用于描述线性、无源互连通道如何与入射波相互作用,包含了互连通道的损耗、阻抗连续性、反射、延时、串扰等丰富信息,在每个频点可通过S参数得到各端口的输出信号,而将互连通道视为一个黑盒子,不用了解其内部结构。

在设计阶段,S参数可通过仿真软件提取,在产品调试阶段可通过矢量网络分析仪(VNA)直接测得,因此,S参数为研究互连通道的幅频和相频特性、以及信号如何有效的传输提供了极大便利。港真,给我一个S参数,我可以撬动地球。
 
先以最简单的二端口网络(如下图示)为例介绍S参数中最重要的概念:回波损耗(Return Loss,对应S11,也叫返回损耗)、插入损耗(Insertion Loss,对应S21)。
 
假设1端口是信号输入端,2端口是信号输出端,那么S11表示信号在1端口的反射损失,值越接近0越好(当用dB表示时,回波损耗为负值,绝对值越大越好),表示信号传输过程反射越小。插入损耗S21表示信号从1端口传输到2端口过程中的损失,是对由导线损耗和介质损耗引起衰减的直接度量,值越接近1(0dB)越好,表示信号在互连通道中传输时的损失越小,“插入损耗”的叫法容易让初学者误解,其实也可以理解成传输系数。
 
利用S参数继续研究两个互连通道之间的相互影响,比如两条单端线之间的串扰,需要用到四端口网络(如下图示)。对于多端口的排序,根据大神Eric Bogatin的建议,最好将奇数端口序号指派在通道左侧,右侧指派相邻的偶数序号,此时,S31可以表示近端串扰(NEXT),S41表示远端串扰(FEXT)。
 
S参数分析技术不可谓不强大,前提是你要有双火眼金睛,篇幅所限,本文只介绍了S参数最基本的概念,各位如果意犹未尽,不妨猛戳如下链接,汇总了高速先生之前积累的相关文章(团队的力量是巨大的,小编在此表示心存感激,如果说这篇文章写得轻松案例丰富,只是因为我站在巨人的肩膀上)以飧读者,看看S参数在实战中是如何发挥巨大威力的,同时,也可以加深对S参数的理解。

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