S參數(shù)是表征高速互聯(lián)行為特性的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，參數(shù)具有完整的數(shù)學(xué)定義，這沒(méi)有歧義。但是，當(dāng)要將S參數(shù)的數(shù)學(xué)定義轉(zhuǎn)換為互連電氣特性的實(shí)際解釋時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一些容易疑惑的地方。

在本文中，我們了總結(jié)S參數(shù)容易出現(xiàn)疑惑的六個(gè)地方，并給出了詳細(xì)解釋。

疑惑1

S參數(shù)的適用對(duì)象

S參數(shù)是“散射"參數(shù)的縮寫(xiě)，是對(duì)進(jìn)入被測(cè)器件（DUT）的散射電壓波與入射電壓波之比的度量。S參數(shù)源自頻域中的網(wǎng)絡(luò)分析方法，在頻域中電壓波指的是正弦波。

輸出與輸入之比是一個(gè)傳遞函數(shù)，它描述了系統(tǒng)對(duì)輸入正弦波的響應(yīng)。

正弦波只有三個(gè)參數(shù)：

頻率

幅度

相位

當(dāng)我們測(cè)量高速互連對(duì)正弦波的響應(yīng)時(shí)，我們假設(shè)互連滿足三個(gè)重要特征：

無(wú)源的-沒(méi)有增益，只有損耗

線性的-互聯(lián)不改變輸入正弦波的頻率

時(shí)間不變的-靜態(tài)的，在測(cè)量過(guò)程中幾何形狀和其他特征未發(fā)生變化

這意味著當(dāng)我們發(fā)送1 GHz的正弦波給DUT時(shí)，我們得到的也只是正弦波，唯一改變的是幅度和相位,在頻域中對(duì)正弦波的描述是一個(gè)復(fù)數(shù)，具有實(shí)部和虛部或幅值和相位。它們的復(fù)雜性質(zhì)和用來(lái)描述它們的復(fù)雜數(shù)學(xué)公式有時(shí)也會(huì)引起混亂。

疑惑 2

S參數(shù)的適用對(duì)象

以兩個(gè)相同頻率的正弦波相比得到一個(gè)復(fù)數(shù)，幅度是輸出波與輸入波的幅度之比，相位是輸出波與輸入波之間的相位差。 我們可以使用以下三種方式中的任何一種，在整個(gè)頻率范圍內(nèi)繪制復(fù)數(shù)的值：實(shí)數(shù)和虛數(shù)、極坐標(biāo)以及幅度和相位。這三種方式的示例如圖1所示，三者的本質(zhì)內(nèi)容是完全相同的，只是顯示方式不同，這有時(shí)這也會(huì)引起混亂。

疑惑3

端口阻抗的理解

端口是到DUT的連接，我們?cè)谄渲袦y(cè)量正弦波信號(hào)，考慮端口的方法是將它理解為具有特定特性阻抗的同軸電纜連接器，并且既連接到的信號(hào)又連接到返回路徑，如圖2所示。

如果不設(shè)計(jì)與返回路徑的連接，則信號(hào)將自己找到一條路徑，你可能不喜歡它找到的路徑。

疑惑 4

端口阻抗的設(shè)定和影響

端口是測(cè)量或仿真的系統(tǒng)的一部分，入射信號(hào)和可能的反射信號(hào)將同時(shí)在同一端口中傳播，并且不會(huì)相互影響。提取S參數(shù)的系統(tǒng)將分離出入射和反射的信號(hào)。

端口阻抗與DUT一樣重要，都會(huì)影響S參數(shù)，除非有很強(qiáng)的合理理由，否則請(qǐng)始終使用50歐姆。如果使用其他的端口阻抗，它將會(huì)在Touchstone文件中標(biāo)識(shí)，但是S參數(shù)的形狀和樣式將有所不同。

疑惑5

S參數(shù)的端口標(biāo)識(shí)

S參數(shù)是“散射"參數(shù)的縮寫(xiě)，是對(duì)進(jìn)入被測(cè)器件（DUT）的散射電壓波與入射電壓波之比的度量。S參數(shù)源自頻域中的網(wǎng)絡(luò)分析方法，在頻域中電壓波指的是正弦波

當(dāng)有多個(gè)連接到DUT的端口時(shí)，我們會(huì)使用從開(kāi)始的唯一連續(xù)索引號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)它們。原則上，只要標(biāo)識(shí)的方式保持一致，連接到DUT的端口的索引號(hào)就不重要，但在實(shí)踐中，我發(fā)現(xiàn)這一問(wèn)題是錯(cuò)誤解釋的根源

端口索引號(hào)很重要，因?yàn)檫@是我們標(biāo)記每個(gè)S參數(shù)元素的方式。例如，在DUT上有四個(gè)端口，進(jìn)出端口共有16種組合。

我們使用分配給端口的索引號(hào)作為唯一標(biāo)識(shí)每個(gè)S參數(shù)元素的方式。由于每個(gè) S參數(shù)元素。

按照一般的理解，將進(jìn)入端口1并從端口 S參數(shù)稱為S12，不是合理的嗎？

但是由于S參數(shù)背后的矩陣數(shù)學(xué)運(yùn)算，這不是標(biāo)記S參數(shù)元素的正確方式。輸出端口是第一個(gè)索引，輸入端口是第二個(gè)索引。此此S參數(shù)應(yīng)該被標(biāo)識(shí)為S21。

疑惑 6

如何識(shí)別S參數(shù)的端口分配

如果DUT有一個(gè)或兩個(gè)端口，則只有一種分配端口的方法。但是，如果有四個(gè)端口，則會(huì)有多個(gè)可能的分配方案，圖3顯示了4端口DUT兩種可能的端口分配方式。

所使用的端口分配不同，對(duì)S參數(shù)的解釋就會(huì)不同， 如果使用方法A，則插入損耗為S21。如果使用方法B，則插入損耗為S31。如果S參數(shù)模型用于電路仿真中，而不查看文件，則會(huì)得到錯(cuò)誤的仿真結(jié)果，如果注意到仿真看起來(lái)不對(duì)勁，可能會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)試圖使結(jié)果合理化。

判斷S參數(shù)模型使用的端口分配的方法是查看S參數(shù)，圖4顯示了性能很差的互連的示例，此互連具有不同的端口分配。如果S21看起來(lái)像插入損耗，從低頻0 dB開(kāi)始單調(diào)下降，則端口分配為方法（右）。如果是S31是這樣的狀況，則為方法B（左），無(wú)論哪種方式，插入損耗都很容易識(shí)別。

原文標(biāo)題：【行業(yè)知識(shí)】S參數(shù)理解中常見(jiàn)的六個(gè)疑惑

文章出處：【微信公眾號(hào)：中訊四方】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

責(zé)任編輯:haq