信号完整性基础--S参数(一)

科技   科技   2023-05-02 18:02   上海  

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本章我们开始《号完整性基础》系列第四章节S参数相关知识的讲解。S参数能反映在频域范围内传输信号、反射信号的特性,是我们在做PCB SI仿真时最常用的手段。


01 S参数概述

S参数也叫散射参数,最初是用来描述射频电路应用中入射波和反射波的关系,随着数字信号的高速化,S参数在高速数字信号的应用中逐渐普及。
S参数将被测物当作黑匣子,通过测量输入输出端口来表现网络特性,不论哪一个端口有信号进入,都能通过测量其他端口散射的信号,来获得信号信息。
如下图,将一段传输线网络封装成一个二端口S参数模型,通过时域仿真对比,两者眼图的眼宽和眼高基本一致。在一些复杂的仿真设计中,我们也可以通过封装并调用S参数模型的方法来优化设计。


S参数通常用矩阵的形式描述各端口特性。二端口网络可以用一个2*2的矩阵表示,如[S11,S12,S21,S22]
S参数是频域模型,描述不同频率分量下的各端口的反射及传输线干扰等。S参数作为一个文本文件,记录模型在不同频点下的信号表现。常用MA表示(幅度和相位)。
在ADS中,S参数文件格式为.sNp,其中N表示端口数量,二端口即为.s2p。如下图为ADS中生成S参数的步骤。


02 S11与S21的定义

S11和S21用于描述一条网络上的信号特性。

S11表示互联网络对信号的反射,表现为端口1入射信号和反射信号的比值,即我们常说的回损S11值越小越好。

S21表示端口1到端口2的传输系数,表现端口1入射波与端口2接收波形的比值。S21的值越大越好。如下图为二端口网络S参数定义。


插损,指传输线网络上因器件、导体、介质等造成的能量衰减。是在不考虑反射的情况下定义的。但在实际应用中,反射不可能降到0,因此S21一般比插损更大,因为里面包含了反射损失。

但是,在二端口网络中只有S21包含插损的影响。因此在工程应用中,我们就把S21统称为插损。

如下图所示,当S11的值比较小时,其产生的变化对S21影响很小,但如果S11值很大,则会对S21产生严重影响。阻抗控制任重而道远啊。


以上就是本期分享的所有内容啦,下一期我们接着分享S参数剩余内容。S参数提取、仿真是高速信号设计中必不可少的一环,大家都去学习起来吧。同时欢迎各位点赞、评论、转发分享哦。



END


本期《信号完整性基础》系列知识就讲解到这,欢迎评论区留言,喜欢的话就点个关注吧,定期分享电路原理、技术案例、工程管理等相关知识。持续关注不迷路哦。



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