作者:一博科技: r# ?2 u# I; [6 A
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上篇文章我們介紹了S參數(shù)的基本應(yīng)用,了解了插損與回?fù)p的概念,但是S參數(shù)中所包含的通道信息遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這么多,我們可以通過(guò)S參數(shù)來(lái)評(píng)估通道的串?dāng)_情況,還可以粗略計(jì)算通道的傳輸延時(shí),查看通道的阻抗一致性等等,這篇文章我們還是通過(guò)解答問(wèn)題的形式來(lái)繼續(xù)聊聊S參數(shù)在SI仿真中的應(yīng)用。' w) G, g& S) R, k, y1 q3 u% j
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1、怎樣從S參數(shù)中看出通道的串?dāng)_情況? 串?dāng)_指的是相鄰信號(hào)線之間的電磁干擾,如下圖所示的兩個(gè)相鄰信號(hào)通道,信號(hào)線之間的電磁能量會(huì)存在相互耦合的情況。) n6 a- W7 `+ M' i n
$ c& |1 m' ~! b0 O" _% ]圖1
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: @, c* a, Q: S. l+ j p: ?如上圖所示,當(dāng)port1與port2之間通信時(shí),port3與port4端口處也會(huì)有電流產(chǎn)生,我們稱耦合到port3處的能量為近端串?dāng)_(S31),耦合到port4處的能量為遠(yuǎn)端串?dāng)_(S41)。我們來(lái)做一個(gè)實(shí)驗(yàn),如上圖所示通道,使用仿真軟件提取傳輸通道的S參數(shù),改變兩根傳輸線之間的耦合距離,S分別為1H,2H和3H(H表示的是信號(hào)到參考層之間的距離)。得到的近端串?dāng)_S13曲線如下:1 A' i. k9 i, D; ]9 c! |& N& z
! J; u* D7 P* E; i$ X/ Y. l圖2 * U% R5 ^% O( `5 g
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5 r& W( H+ R- z h5 W d上圖中,紅色,藍(lán)色,紫色分別代表兩根線間距為1H,2H和3H時(shí)的近端串?dāng)_。這種串?dāng)_是用dB的形式表示的,我們將dB換算成百分比,如下:
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可以看到,隨著間距的拉開(kāi),串?dāng)_逐漸變?nèi),?dāng)線間距達(dá)到3H的時(shí)候,串?dāng)_能量是很弱的,如果驅(qū)動(dòng)端電壓是1V的話,那么近端串?dāng)_感受到的電壓幅值只有36mV。我們也可以在時(shí)域里面驗(yàn)證下,圖1所示通道,在port1處引入一個(gè)幅值為1V的5GHz正弦波,改變兩線之間的間距,在port3處得到的波形對(duì)比如下,其中紅色正弦曲線為輸入波形( K5 n5 V, E3 Q, w2 G
4 z! x3 T+ x `; u5 r+ V) b圖3
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5 a8 ?: D! M' Y0 m/ m: a可以看到,我們采用時(shí)域分析的方法得到的信號(hào)串?dāng)_幅值和頻域提取的S參數(shù)得到的dB值是非常接近的。所以,只要得到了傳輸通道的S參數(shù),我們就很容易看出通道的串?dāng)_情況。 2、怎樣通過(guò)S參數(shù)得到通道的傳輸延時(shí)? 我們知道,S參數(shù)中除了包含通道的損耗信息外,還包含相位信息,下圖為傳輸時(shí)延為1nS的單根傳輸線(2端口)的S12相位波形。' K$ w d2 U* F% {5 D
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圖4
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& O) D" r6 e! ?. m- {- s 如上圖所示,通道的相位曲線是一系列的鋸齒波,并且呈周期性變化(并不是嚴(yán)格的周期性變化)。要想理解其中的含義,我們首先需要理解相位差的概念。如下圖:
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: H' z" t7 W; C- c+ K8 u0 P9 Q ^圖5
M) c6 O+ k' e3 i 當(dāng)端口1的正弦波到達(dá)端口2時(shí),由于互連結(jié)構(gòu)的延時(shí),兩個(gè)正弦波之間會(huì)存在一個(gè)相位差。對(duì)于同一個(gè)傳輸通道,不同頻率的正弦波對(duì)應(yīng)的相位差不同,如下圖,分別為0.25G,0.5G,1G正弦波對(duì)應(yīng)的相位差
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# Z) F5 n0 _) f$ R圖6 : W4 J2 o7 L6 M% N
同樣的通道,該通道的相位曲線如下圖所示:
6 j5 X3 ^7 d( R! e1 S- E$ p0 A( x0 E3 i8 I7 Z7 r% i
圖7
4 W' a/ p h; {; c/ M6 O3 h 可見(jiàn),S參數(shù)中的相位,與我們直接使用正弦波仿真得到的結(jié)果是一樣的。當(dāng)我們理解了相位曲線的含義后,就不難通過(guò)相位偏移來(lái)計(jì)算傳輸通道的延時(shí)了。一般使用以下公式來(lái)計(jì)算通道延時(shí):% s: W. |/ w9 _- W/ D5 p& J
2 B& G+ r8 {) E+ e5 P2 ]! d4 k' d0 c對(duì)于這個(gè)通道,我們代入公式,有:
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1 \ T) o$ H, v( _9 m# ?! P這樣,我們就通過(guò)S參數(shù)的相位信息計(jì)算出了通道的延時(shí)。
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