SPARQ系列述評之五 ―― 關(guān)于S參數(下)
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三, 直接用于仿真的S參數的特性
不是任何S參數文件都可以直接用于仿真軟件。 SPARQ區別于VNA的一點(diǎn)是,SPARQ測量出來(lái)的S參數可以直接用于仿真軟件。 我們知道，可直接用于仿真軟件的S參數需要具備以下特點(diǎn)：1，遵循三大S參數特性原則:無(wú)源性（Passivity），互易性（Passivity），因果性（Causality）。VNA產(chǎn)生的S參數由于不遵循這三個(gè)特性的原則,需要另外的軟件來(lái)做這三個(gè)原則的檢查驗證之后才能用于仿真。 2，有DC點(diǎn)。 VNA產(chǎn)生的S參數不帶有DC點(diǎn),需要另外的方法測量出DC時(shí)的S參數值。 3，對于差分信號系統,需要混合模式S參數。VNA不能直接產(chǎn)生混合模式S參數。 4，S參數以touchstone文件格式保存。作為世界上第一臺信號完整性網(wǎng)絡(luò )分析儀SPARQ產(chǎn)生的S參數具備以上這些特點(diǎn)，可以“拿來(lái)就用”，直接用于仿真。
· 無(wú)源性（Passivity）
對于一個(gè)無(wú)損網(wǎng)絡(luò )，S矩陣是一個(gè)單位矩陣，因此，對于二端口網(wǎng)絡(luò )存在下面的關(guān)系式：
由于沒(méi)有損耗，所有散射的總量應是100%。當S21（S11）大的時(shí)候，S11（S21）就會(huì )小一些，這從前面的S參數曲線(xiàn)可以看出來(lái)。
對于無(wú)源的二端口網(wǎng)絡(luò )
，因此，一個(gè)無(wú)源器件的S參數不會(huì )大于1（0dB）。VNA測量的S參數結果如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)軟件進(jìn)行無(wú)源性驗證，其S參數值會(huì )出現出現大于0dB的情形，不能直接用于仿真軟件。
，因此，一個(gè)無(wú)源器件的S參數不會(huì )大于1（0dB）。VNA測量的S參數結果如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)軟件進(jìn)行無(wú)源性驗證，其S參數值會(huì )出現出現大于0dB的情形，不能直接用于仿真軟件。
表示為功率散射比，這個(gè)值越小,說(shuō)明損耗越大。· 互易性（Passivity）
如果一個(gè)器件是可交換方向使用，而不是單相的如隔離器、環(huán)行器，S矩針是對稱(chēng)的，因此，Sij=Sji。
· 因果性（Causality）
所謂因果性就是先有激勵才有輸出。對于無(wú)源系統S參數，由于信號的傳輸一定會(huì )產(chǎn)生一定的延時(shí)，因此無(wú)源系統的S參數應該是符合因果性原理的，但實(shí)際測得的S參數往往會(huì )由于種種原因產(chǎn)生一定的非因果性。很多信號完整性仿真軟件需要符合因果性特征的S參數，否則仿真時(shí)可能會(huì )產(chǎn)生發(fā)散現象，導致不正確的仿真結果。
四，混合模式的S參數
差分傳輸系統早已成為高速信號系統傳輸的主流。如果差分傳輸線(xiàn)的距離很近，差分線(xiàn)之間能很好的耦合，差分信號是完全對稱(chēng), 任何引入的噪聲對兩條差分傳輸線(xiàn)的的影響是相同的,那么在芯片的接收端,由于減法運算，引入的共模噪聲就被消除了。然而，實(shí)際的差分系統并不是完美的,構 成差分信號的兩個(gè)單端信號本身的不平衡，兩個(gè)通道的長(cháng)度不相等,耦合不緊密等都會(huì )導致能量由差模向共模轉換。由于實(shí)際的差分信號總是由差模信號和共模信號 組成（
）,單端的四端口S參數矩陣并不能提供關(guān)于差模和共模匹配和傳輸的有洞察力的信息。因此，1995年提出的混合模式S參數成為評價(jià)差分傳輸系統的重要工具。
）,單端的四端口S參數矩陣并不能提供關(guān)于差模和共模匹配和傳輸的有洞察力的信息。因此，1995年提出的混合模式S參數成為評價(jià)差分傳輸系統的重要工具。我常說(shuō),各種各樣的串行數據標準描述的都是關(guān)于“兩根線(xiàn)”的故事。如果不是用來(lái)傳輸差分信號，這“兩根線(xiàn)”組成的是一個(gè)單端四端口的網(wǎng)絡(luò )，單端四端口S參數矩陣描述了每個(gè)端口受到激勵分別有什么樣的響應。如果是用來(lái)傳輸差分信號，這個(gè)單端四端口網(wǎng)絡(luò )就可以理解為了一個(gè)差分二端口網(wǎng)絡(luò )，如圖十所示，混合模式S參數從物理意義上理解正是描述了成對的兩根線(xiàn)對兩個(gè)信號之和（共模）和兩個(gè)信號之差（差模）的分別有什么樣的響應。
圖十混合模式S參數測量
單端四端口S參數和混合模式S參數之間是可以相互轉換的，如圖十一所示。因此通過(guò)測量單端四端口的S參數來(lái)推導出混合模式的S參數。
圖十一單端四端口S參數和混合模式S參數之間的轉換
混合模式S參數矩陣四個(gè)象限中包含了四種類(lèi)型的混合模式S參數。第一象限以Scc開(kāi)頭的表示共模S參數，第四象限以Sdd開(kāi)頭的表示差模S參數。 其它兩象限的Sdc表示差模向共模的轉換，Scd分別共模向差模的轉換。如果這兩根線(xiàn)有很好的對稱(chēng)性,Sdc和Scd為零,表示差模和共模是完全獨立的。 Sdd21表示差分端口1到差分端口2的差模增益，其它符號的含義類(lèi)推。
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