為什么使用S參數？

為什么要使用S參數這個問題經常會被問到。其實在技術演進的過程不僅僅有S參數，但是最終科學家和工程師們發現使用S參數能更加方便地描述一個無源鏈路。

從模擬的角度捕獲數字信號

數字信號 vs.模擬信號

數字信號 = 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？

S參數是一個復數矩陣，反映了在頻域范圍內的反射信號 / 傳輸信號的特性（幅度/相位）。

S參數表達式

Smith Chart - 史密斯圓圖：更直觀地進行阻抗變換

Smith Chart - 史密斯圓圖

在某個頻率點，可以有多種方式對匹配電路進行調節，使之到達某種特征阻抗。

S參數的優點

用多個 S 參數可以很容易地預測系統性能

差分信號

差分對上的模式轉換

對于一個不理想的差分器件來說會產生不希望的模式轉換。尤其是差分-共模的轉換，往往會導致EMI的問題。

平衡器件

差分模式響應由差分 S 參數表示。命名規則如下圖所示：

4-端口差分 S參數

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

S參數測量基礎 - 矢量網絡分析儀 （VNA）

網絡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

傅里葉變換技術可以用數學方法把頻域響應轉換為時域響應

S參數 & TDR/TDT 測量

時域 -> 頻域

傅里葉逆變換技術可以用數學方法把時域響應轉換為頻域響應

TDR (采樣）示波器

采樣示波器是通過輸入階躍信號，從反射/傳輸測量結果得到阻抗/損耗。

矢量網絡分析儀 (VNA) vs.TDR (示波器)

VNA 測量更為精確

校準的重要性 - 加校準和不加校準的結果比較

校準的重要性 - 誤差的類型

校準的重要性 - 系統誤差

如何在示波器上使用 S參數？

借助于S 參數，在信號分析軟件上可以輕松地移動觀察點

如何在示波器上使用 S參數？- 使用模擬軟件

使用 S 參數可以方便地在任何條件下對 DUT 和波形進行評估

結論

高速數字行業需要測試 S 參數

S 參數是一個復數矩陣，反映了頻域內的反射和傳輸特性

S 參數可以有多種格式 （直角坐標，史密斯圓圖，極坐標 等）

差分信號可能會導致模式轉換 （例如 EM 輻射）

差分 S 參數包含這種模式轉換特性

S 參數可以轉換為 TDR/TDT

用S參數可以方便地在示波器上移動觀察點，并在模擬軟件上模擬不同條件下的波形

審核編輯：郭婷