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S参数理解中常见的六个疑惑-云帆兴烨

发表日期:2020/06/04 浏览次数:
S参数是表征高速互联行为特性的标准参数,参数具有完整的数学定义,这没有歧义。但是,当要将S参数的数学定义转换为互连电气特性的实际解释时,会出现一些容易疑惑的地方。

在本文中,我们了总结S参数容易出现疑惑的六个地方,并给出了详细解释。

疑惑1

S参数的适用对象


S参数是“散射"参数的缩写,是对进入被测器件(DUT)的散射电压波与入射电压波之比的度量。S参数源自频域中的网络分析方法,在频域中电压波指的是正弦波。

输出与输入之比是一个传递函数,它描述了系统对输入正弦波的响应。

正弦波只有三个参数:

  • 频率

  • 幅度

  • 相位


当我们测量高速互连对正弦波的响应时,我们假设互连满足三个重要特征:       

  • 500万彩票无源的-没有增益,只有损耗

  • 500万彩票线性的-互联不改变输入正弦波的频率

  • 时间不变的-静态的,在测量过程中几何形状和其他特征未发生变化


这意味着当我们发送1 GHz的正弦波给DUT时,我们得到的也只是正弦波,唯一改变的是幅度和相位,在频域中对正弦波的描述是一个复数,具有实部和虚部或幅值和相位。它们的复杂性质和用来描述它们的复杂数学公式有时也会引起混乱。

疑惑 2

S参数的适用对象

以两个相同频率的正弦波相比得到一个复数,幅度是输出波与输入波的幅度之比,相位是输出波与输入波之间的相位差。
我们可以使用以下三种方式中的任何一种,在整个频率范围内绘制复数的值:实数和虚数、极坐标以及幅度和相位。这三种方式的示例如图1所示,三者的本质内容是完全相同的,只是显示方式不同,这有时这也会引起混乱。
疑惑3

端口阻抗的理解

500万彩票端口是到DUT的连接,我们在其中测量正弦波信号,考虑端口的方法是将它理解为具有特定特性阻抗的同轴电缆连接器,并且既连接到的信号又连接到返回路径,如图2所示。

如果不设计与返回路径的连接,则信号将自己找到一条路径,你可能不喜欢它找到的路径。

疑惑 4

端口阻抗的设定和影响


端口是测量或仿真的系统的一部分,入射信号和可能的反射信号将同时在同一端口中传播,并且不会相互影响。提取S参数的系统将分离出入射和反射的信号。

端口阻抗与DUT一样重要,都会影响S参数,除非有很强的合理理由,否则请始终使用50欧姆。如果使用其他的端口阻抗,它将会在Touchstone文件中标识,但是S参数的形状和样式将有所不同。

疑惑5

S参数的端口标识

500万彩票S参数是“散射"参数的缩写,是对进入被测器件(DUT)的散射电压波与入射电压波之比的度量。S参数源自频域中的网络分析方法,在频域中电压波指的是正弦波

当有多个连接到DUT的端口时,我们会使用从开始的唯一连续索引号来标识它们。原则上,只要标识的方式保持一致,连接到DUT的端口的索引号就不重要,但在实践中,我发现这一问题是错误解释的根源

500万彩票端口索引号很重要,因为这是我们标记每个S参数元素的方式。例如,在DUT上有四个端口,进出端口共有16种组合。

我们使用分配给端口的索引号作为唯一标识每个S参数元素的方式。由于每个 S参数元素。

按照一般的理解,将进入端口1并从端口 S参数称为S12,不是合理的吗? 

但是由于S参数背后的矩阵数学运算,这不是标记S参数元素的正确方式。输出端口是第一个索引,输入端口是第二个索引。此此S参数应该被标识为S21。


疑惑 6

如何识别S参数的端口分配

如果DUT有一个或两个端口,则只有一种分配端口的方法。但是,如果有四个端口,则会有多个可能的分配方案,图3显示了4端口DUT两种可能的端口分配方式。

所使用的端口分配不同,对S参数的解释就会不同, 如果使用方法A,则插入损耗为S21。 如果使用方法B,则插入损耗为S31。 如果S参数模型用于电路仿真中,而不查看文件,则会得到错误的仿真结果,如果注意到仿真看起来不对劲,可能会浪费大量的时间来试图使结果合理化。

500万彩票判断S参数模型使用的端口分配的方法是查看S参数,图4显示了性能很差的互连的示例,此互连具有不同的端口分配。 如果S21看起来像插入损耗,从低频0 dB开始单调下降,则端口分配为方法A(右)。 如果是S31是这样的状况,则为方法B(左),无论哪种方式,插入损耗都很容易识别。

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