作者:一博科技 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(guò)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(wèn)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(lái)討論下S參數(shù)。6 m1 m I* B( g# d9 e0 ~* S
4 t7 v# m) M5 J4 ]/ E
問(wèn)題1:怎樣從S參數(shù)中看出通道的阻抗匹配程度?
# _; [) x4 u. n, P. Z) y3 x
1 H+ Q* J1 P: A2 {; M: J3 Z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?cè)谔崛⊥ǖ繱參數(shù)的時(shí)候,習(xí)慣將端口阻抗設(shè)置為單根50ohm,差分100ohm。, _" c/ t6 w/ A" ?: k* p+ \
6 h E2 r; h+ X9 D' d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(lái)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:8 z& ?5 b9 K" {0 ^$ O: r
' i$ b- M$ d$ u: i. s/ C' v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(méi)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(guò)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。
7 b7 p/ y3 v/ R8 ?! H9 E5 y0 F
" I$ {1 y& o. X" G7 N問(wèn)題2:S參數(shù)中的插入損耗怎么理解?
! x( u5 S( ?- N' n9 B5 N! f" d( F; n- l3 X& H6 ]$ F" R
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(guò)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)。
" [0 Q2 D0 S* [
) u; x& y/ N3 V8 c9 b$ |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5G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(shuō)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(lái)驗(yàn)證下,5GHz正弦波的輸入與輸出波形對(duì)比如下:
5 e: ^4 l! s" q' C
- N. n: Z% N2 B! Y10GHz的正弦波輸入與輸出的波形對(duì)比如下:+ z: K1 _3 g$ F
5 S9 o7 s$ @4 `0 o% c1 P& d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(méi)有做到完全匹配。
1 B, O- H/ [9 m. w% \1 a) x! H: p' s, q6 Q2 K) }7 b- Q+ `
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(lái)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(wèn)題。
- ~$ _8 {8 j: _" b! @4 T |