S參數測量基礎- 入門(mén)

為什么使用 S參數？為什么要使用S參數這個(gè)問(wèn)題經(jīng)常會(huì )被問(wèn)到。其實(shí)在技術(shù)演進(jìn)的過(guò)程不僅僅有S參數，但是最終科學(xué)家和工程師們發(fā)現使用S參數能更加方便地描述一個(gè)無(wú)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(gè)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(guān)地進(jìn)行阻抗變換

Smith Chart - 史密斯圓圖

在某個(gè)頻率點(diǎn)，可以有多種方式對匹配電路進(jìn)行調節，使之到達某種特征阻抗。

S參數的優(yōu)點(diǎn)

用多個(gè) 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(gè)不理想的差分器件來(lái)說(shuō)會(huì )產(chǎn)生不希望的模式轉換。尤其是差分-共模的轉換，往往會(huì )導致EMI的問(wèn)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(xiàn)一般都是差分對結構，這就是常見(jiàn)的4端口的S參數。其中包含了16個(gè)S參數元素，如下圖所示。每一個(gè)都有其內在的含義。S參數測量基礎 - 矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀 （VNA）

網(wǎng)絡(luò )分析儀用正弦波頻率掃描來(lái)測量元器件的幅度和相位

時(shí)域 -> 頻域

傅里葉變換技術(shù)可以用數學(xué)方法把頻域響應轉換為時(shí)域響應

S參數 & TDR/TDT 測量時(shí)域 -> 頻域傅里葉逆變換技術(shù)可以用數學(xué)方法把時(shí)域響應轉換為頻域響應

TDR (采樣）示波器

采樣示波器是通過(guò)輸入階躍信號，從反射/傳輸測量結果得到阻抗/損耗。

矢量網(wǎng)絡(luò )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(lèi)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(dòng)觀(guān)察點(diǎn)

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(jìn)行評估

結論

高速數字行業(yè)需要測試 S 參數
S 參數是一個(gè)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(huì )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(dòng)觀(guān)察點(diǎn)，并在模擬軟件上模擬不同條件下的波形