SPARQ系列述評之五 ―― 關(guān)于S參數(下)
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用混合模式S參數表示兩端口差分系統的輸出和輸入之間的關(guān)系式如下：bd1表示1端口的差分輸出，ad1表示1端口的差分輸入。
五，S參數的測量方法
圖十二是VNA的原理框圖，主要包括以下部分: （1）激勵信號源：提供感興趣的頻率范圍內的入射信號；（2）信號分離裝置：含功分器和定向耦合器，分離出入射，反射和傳輸信號；（3）接收機：對被測件的入射，反射和傳輸信號進(jìn)行測試；（4）處理顯示單元：對測試結果進(jìn)行處理和顯示。
圖十二VNA的原理框圖
VNA的測量過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生六大系統誤差：（1）與信號泄露相關(guān)的方向誤差;(2)與信號泄露相關(guān)的串擾誤差; (3)與反射相關(guān)的源失配;（4）與反射相關(guān)的負載阻抗失配; (5)由測試接收機內部的反射引起的頻率響應誤差; (6)由測試接收機內部的傳輸跟蹤引起的頻率響應誤差。因此在使用前需要進(jìn)行嚴格的校準。正確的校準是使用VNA的一個(gè)難點(diǎn)。 VNA測量出來(lái)的S參數是否有錯誤并不能通過(guò)VNA直接能檢查出來(lái)，只有導入仿真軟件仿真出結果發(fā)現有問(wèn)題時(shí)可能會(huì )懷疑是S參數測量有問(wèn)題,再返回來(lái)檢查 VNA校準，VNA測量時(shí)的操作有沒(méi)有錯誤。但SPARQ由于有時(shí)域分析能力，可以立即查看當前測量出的S參數的時(shí)域響應是否合理。
理論上來(lái)說(shuō), 任何信號在時(shí)域和頻域上是一一對應的，而且是可以相互轉換的。這為基于階躍響應的時(shí)域TDR/TDT方法測量S參數提供了可能。圖十三表示采用TDR /TDT方法測量S21，S12的原理。ST-20是力科公司采樣示波器件WE100H上的TDR模塊,可以產(chǎn)生ps級的快沿并可作為20GHz帶寬的采 樣頭。假設Channe2為端口1，Channle3為端口2，Channel 1產(chǎn)生快沿信號作為入射波經(jīng)過(guò)PCB走線(xiàn)后由Channel3接收該信號。入射的快沿信號和采樣到的信號都可經(jīng)過(guò)FFT變換分解成從一定頻率范圍的信號， 經(jīng)過(guò)計算得到頻域的S參數。
圖十三基于TDR/TDT方法測量S參數
其實(shí)在談到VNA和TDR兩種方法測量S參數的區別時(shí)，我們會(huì )自然聯(lián)系到示波器的前端頻率響應曲線(xiàn)的測量方法。 我們可以通過(guò)傳統的掃頻描點(diǎn)的方法（調節正弦波信號源的頻率，然后分別測量不同頻率時(shí)示波器測量到的峰峰值）來(lái)測量頻響曲線(xiàn)，但也可以通過(guò)快沿信號輸入到示波器,對采樣到的快沿信號做FFT的方法來(lái)快速簡(jiǎn)便地測量頻響曲線(xiàn)。 這兩種方法測量示波器頻響曲線(xiàn)的原理上的區別和測量S參數的兩種方法的區別是一個(gè)道理。
近些年來(lái)三個(gè)儀器廠(chǎng)商基于TDR 原理測量S參數的實(shí)踐證明了兩種測量方法的符合度非常高，如圖十四所示為兩種方法測量的S參數的結果對比。但基于TDR的方法存在有動(dòng)態(tài)范圍不太高的缺 點(diǎn)。SPARQ測量S參數源于TDR的原理，但通過(guò)專(zhuān)利算法在提高動(dòng)態(tài)范圍上獲得突破，而且在一鍵操作實(shí)現自動(dòng)化校準方面的創(chuàng )新，具備時(shí)域分析能力和S參 數文件可以直接被SI仿真軟件調用等特點(diǎn)使得SPARQ成為信號完整性工程師測量S參數的首選儀器。
圖十四VNA和TDR方法測量的S參數一致性很好
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