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S參數應用技巧-正確分配端口號

作者: 時間:2013-01-04 來源:網絡 收藏

元器件通過互連線組建成電路,常見的互連線包括電纜、PCB走線、接插件、芯片封裝等等。當信號頻率比較低時,這些互連線對信號是透明的。當互連線的物理尺寸大于1 / 4信號波長時,它對信號的反射和相位時延已不能忽略,需要將其視為傳輸線(Transmission Line)。S是描述傳輸線電氣特性的理想模型,已成為射頻領域、信號完整性領域的事實標準。S可以由仿真軟件產生,也可以由儀器對實物測量得到,比如力科公司的信號完整性網絡分析儀SPARQ。無論何種途徑得到的S文件,都是Touchstone格式的數據矩陣。

本文引用地址:http://2s4d.com/article/153627.htm

用S參數描述互連線,首先需要定義互連線的端。例如一條電纜被視為兩端口,電纜兩端分別標注為端口1和端口2,那么描述它的S參數包含4組數據:

S11:端口1的回波損耗

S21:從端口1到端口2的插入損耗

S12:從端口2到端口1的插入損耗

S22:端口2的回波損耗

無源的互連線兩端是對稱的,所以S11=S22,S12=S21.

插入損耗S21和回波損耗S11

圖 1 插入損耗S21和回波損耗S11

從圖 1可以看出這樣一個明顯的特點:插入損耗S21在低頻段接近于0dB,回波損耗S11在低頻段是比較大的負值(分貝表示)。這符合互連線的物理特點:低頻信號的大部分能量都能通過互連線,被反射的能量很小。這個特點能夠幫助我們從S參數數據中快速辨認出插入損耗。

Touchstone標準定義了S參數的數據格式,但卻沒有定義如何對端口編號。對于兩端口無所謂,對于多端口,則有多種編號方式。例如用四端口S參數來描述一對PCB差分走線,有下面兩種編號方式:

在方式1下,S21是插入損耗,S31是近端串擾。在方式2下則反過來了,S21是近端串擾,S31是插入損耗。無論按哪種編號方式產生的S參數文件都是可用的,但卻容易對使用者造成困惑。工程師可能使用來源不同的S參數文件來做電路仿真。這些S參數的編號方式如果不統一,端口很可能被錯誤連接。仿真結果自然完全錯誤。雖然可以按前文所述特點來辨認插入損耗,但很麻煩。

另一種可能的情況是,工程師更愿意以差分的視角來描述一對走線,因此利用軟件將4端口單端S參數轉換為2端口混合模式S參數也是常事?;旌夏J絊參數含有兩組主要的數據:

SDD11 (SD1D1):1端口的差分回波損耗

SDD21 (SD2D1):1端口到2端口的差分插入損耗

如果是按方式2編號的單端S參數,很多軟件轉換得到的混合模式S參數,其SDD11為差分插入損耗,SDD21為差分回波損耗。這和傳統習慣不符,更容易引起混亂。

因此,我們建議,無論是用仿真軟件生成,還是用信號完整性網絡分析儀SPARQ測量S參數,統一將左側端口用奇數編號,右側用偶數編號,如下圖:

 正確的編號規(guī)則

圖 3 的編號規(guī)則

這種編號方式也便于擴展。例如上圖是三對差分線,如果要補上第四對差分線,只需要增加編號13 到16,不影響以前的端口編號。

用力科信號完整性網絡分析儀SPARQ 測量一對差分線的混合S 參數,按我們建議的端口方法,設置界面

如圖 4:

在SPARQ 軟件中分配混合模式S 參數端口

圖 4 在SPARQ 軟件中混合模式S 參數端口

由此測量得到的混合模式S 參數矩陣按圖 5 所示。可分為四個象限,左上和右下象限分別描述了互連線對差

分信號和共模信號的行為,右上和左下象限描述了互連線對差分和共模信號的模式轉換行為。統一按此規(guī)則排列,

方便工程師快速解讀混合模式S 參數。

混合模式S 參數矩陣的四個象限

圖 5 混合模式S 參數矩陣的四個象限

如果你獲取到的S 參數文件已經是容易引起困惑的編號方式,可以從力科公司網站上免費下載SPARQ

軟件,將S 參數的端口重新,也能在單端和混合模式之間轉換。如下圖:

利用SPARQ軟件轉換S參數文件的端口號和模式

圖 6 利用SPARQ軟件轉換S參數文件的端和模式

地為S參數端口編號能提高工作效率,用力科信號完整性網絡分析儀SPARQ能快速準確地測量S參數、處理S參數文件。為提升產品的信號完整性提供最大幫助。



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