S參數(shù)在SI仿真中的應(yīng)用_基礎(chǔ)篇

2017-06-05 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

S參數(shù)的全稱為Scatter 參數(shù),即散射參數(shù)。S參數(shù)描述了傳輸通道的頻域特性,在進(jìn)行串行鏈路SI分析的時(shí)候,獲得通道的準(zhǔn)確S參數(shù)是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié),通過S參數(shù),我們能看到傳輸通道的幾乎全部特性。信號(hào)完整性關(guān)注的大部分問題,例如信號(hào)的反射,串?dāng)_,損耗,都可以從S參數(shù)中找到有用的信息。網(wǎng)上有很多介紹S參數(shù)基本概念的資料,我在這里就不多浪費(fèi)筆墨了,這篇文章我只是從實(shí)際應(yīng)用的角度來討論下S參數(shù)。

問題1:怎樣從S參數(shù)中看出通道的阻抗匹配程度?

這里的匹配指的是端口阻抗與傳輸線阻抗之間的匹配,因?yàn)槌Ｒ?guī)單根線的阻抗一般控50ohm,差分線的阻抗控制為100ohm,所以我們在提取通道S參數(shù)的時(shí)候,習(xí)慣將端口阻抗設(shè)置為單根50ohm,差分100ohm。

由S參數(shù)的定義,回波損耗S11或者S22表示能量的反射情況,下面我們來看看,當(dāng)端口阻抗被定義為50ohm,傳輸線阻抗變化時(shí),回波損耗的變化。如下圖:

S參數(shù)在SI仿真中的應(yīng)用_基礎(chǔ)篇HFSS培訓(xùn)的效果圖片1

由上圖我們可以看出,傳輸線阻抗與端口阻抗越接近,回波損耗越小,當(dāng)傳輸線阻抗完全等于端口阻抗的時(shí)候,幾乎沒有能量反射。以上僅僅是理想的傳輸線,通常的傳輸鏈路中會(huì)包含過孔,連接器等阻抗不連續(xù)的因素,這些阻抗不連續(xù)程度都會(huì)反映在S參數(shù)的回?fù)p曲線中。

問題2:S參數(shù)中的插入損耗怎么理解?

S參數(shù)是頻域參數(shù),在插損曲線中,橫坐標(biāo)表示的是正弦波的頻率,縱坐標(biāo)表示的是正弦波穿過通道后的電壓幅值與發(fā)送端電壓幅值的比值并取對(duì)數(shù)。

S參數(shù)在SI仿真中的應(yīng)用_基礎(chǔ)篇HFSS培訓(xùn)的效果圖片2

如上圖所示,這條插損曲線是普通FR4板材下,10inch傳輸線的插損曲線?？梢钥闯鲈?G的時(shí)候,接收與輸入的比值為-8.35dB,10G的時(shí)候是-15.455dB,換算成幅度,分別是0.382和0.167,也就是說如果輸入端正弦波的幅值為1V,則接收端5G正弦波的幅值為382mV,10G正弦波的幅值為167mV,我們來驗(yàn)證下,5GHz正弦波的輸入與輸出波形對(duì)比如下:

S參數(shù)在SI仿真中的應(yīng)用_基礎(chǔ)篇HFSS培訓(xùn)的效果圖片3

10GHz的正弦波輸入與輸出的波形對(duì)比如下:

S參數(shù)在SI仿真中的應(yīng)用_基礎(chǔ)篇HFSS培訓(xùn)的效果圖片4

感興趣的朋友們可以根據(jù)上圖中的數(shù)據(jù)自己計(jì)算下,實(shí)際仿真出的正弦波幅度與插損曲線中對(duì)應(yīng)頻率下的幅度基本是一致的,有一點(diǎn)點(diǎn)誤差,原因是通道阻抗沒有做到完全匹配。

我們可以看到,隨著頻率的提高,正弦信號(hào)的幅值損失越來越嚴(yán)重。但是我們通常關(guān)注的是數(shù)字信號(hào),那么可以直接從插損曲線中看出數(shù)字信號(hào)幅度的損失嗎?當(dāng)然是不可以的。前面的文章也多次提到了通道對(duì)數(shù)字信號(hào)的影響主要是使波形的上升沿變緩,注意這里是上升沿變緩!并不是像正弦波一樣,直接表現(xiàn)出幅值的損失。而且常規(guī)的數(shù)字信號(hào)也不會(huì)像正弦波信號(hào)那樣整齊,所以通道對(duì)數(shù)字信號(hào)的影響要比對(duì)正弦信號(hào)的影響復(fù)雜得多,后期的文章會(huì)和大家一起討論這方面的問題。

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