編者注：S參數(shù)用于表征無源鏈路的行為模型。在S參數(shù)獲取阻抗， 插入損耗、回波損耗、阻抗、串?dāng)_、模式轉(zhuǎn)換等指標(biāo)。本文闡述了什么是S參數(shù)、S參數(shù)轉(zhuǎn)換TDR/TDT、為什么要使用S參數(shù)等等

為什么使用 S參數(shù)？

為什么要使用S參數(shù)這個問題經(jīng)常會被問到。其實在技術(shù)演進(jìn)的過程不僅僅有S參數(shù)，但是最終科學(xué)家和工程師們發(fā)現(xiàn)使用S參數(shù)能更加方便地描述一個無源鏈路。

從模擬的角度捕獲數(shù)字信號

數(shù)字信號 vs.模擬信號

數(shù)字信號 = 模擬信號 (包含正弦波）

正弦波的變化 - 輸出是什么？

什么是 S參數(shù)？

S參數(shù)是一個復(fù)數(shù)矩陣，反映了在頻域范圍內(nèi)的反射信號 / 傳輸信號的特性（幅度/相位）。

S參數(shù)表達(dá)式

Smith Chart - 史密斯圓圖：更直觀地進(jìn)行阻抗變換

Smith Chart - 史密斯圓圖

在某個頻率點(diǎn)，可以有多種方式對匹配電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之到達(dá)某種特征阻抗。

S參數(shù)的優(yōu)點(diǎn)

用多個 S 參數(shù)可以很容易地預(yù)測系統(tǒng)性能

差分信號

差分對上的模式轉(zhuǎn)換

對于一個不理想的差分器件來說會產(chǎn)生不希望的模式轉(zhuǎn)換。尤其是差分-共模的轉(zhuǎn)換，往往會導(dǎo)致EMI的問題。

平衡器件

差分模式響應(yīng)由差分 S 參數(shù)表示。命名規(guī)則如下圖所示：

4-端口差分 S參數(shù)

高速串行總線一般都是差分對結(jié)構(gòu)，這就是常見的4端口的S參數(shù)。其中包含了16個S參數(shù)元素，如下圖所示。每一個都有其內(nèi)在的含義。

S參數(shù)測量基礎(chǔ) - 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 （VNA）

網(wǎng)絡(luò)分析儀用正弦波頻率掃描來測量元器件的幅度和相位

時域 -> 頻域

傅里葉變換技術(shù)可以用數(shù)學(xué)方法把頻域響應(yīng)轉(zhuǎn)換為時域響應(yīng)

S參數(shù) & TDR/TDT 測量

時域 -> 頻域

傅里葉逆變換技術(shù)可以用數(shù)學(xué)方法把時域響應(yīng)轉(zhuǎn)換為頻域響應(yīng)

TDR (采樣）示波器

采樣示波器是通過輸入階躍信號，從反射/傳輸測量結(jié)果得到阻抗/損耗。

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 (VNA) vs.TDR (示波器)

VNA 測量更為精確

校準(zhǔn)的重要性 - 加校準(zhǔn)和不加校準(zhǔn)的結(jié)果比較

校準(zhǔn)的重要性 - 誤差的類型

校準(zhǔn)的重要性 - 系統(tǒng)誤差

如何在示波器上使用 S參數(shù)？

借助于S 參數(shù)，在信號分析軟件上可以輕松地移動觀察點(diǎn)

如何在示波器上使用 S參數(shù)？- 使用模擬軟件

使用 S 參數(shù)可以方便地在任何條件下對 DUT 和波形進(jìn)行評估

結(jié)論

高速數(shù)字行業(yè)需要測試 S 參數(shù)
S 參數(shù)是一個復(fù)數(shù)矩陣，反映了頻域內(nèi)的反射和傳輸特性
S 參數(shù)可以有多種格式 （直角坐標(biāo)，史密斯圓圖，極坐標(biāo) 等）
差分信號可能會導(dǎo)致模式轉(zhuǎn)換 （例如 EM 輻射）
差分 S 參數(shù)包含這種模式轉(zhuǎn)換特性
S 參數(shù)可以轉(zhuǎn)換為 TDR/TDT
用S參數(shù)可以方便地在示波器上移動觀察點(diǎn)，并在模擬軟件上模擬不同條件下的波形