作者：一博科技
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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S參數(shù)來評估通道的串?dāng)_情況，還可以粗略計(jì)算通道的傳輸延時，查看通道的阻抗一致性等等，這篇文章我們還是通過解答問題的形式來繼續(xù)聊聊S參數(shù)在SI仿真中的應(yīng)用。+ o$ P% t7 {; ~
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1、怎樣從S參數(shù)中看出通道的串?dāng)_情況？ 串?dāng)_指的是相鄰信號線之間的電磁干擾，如下圖所示的兩個相鄰信號通道，信號線之間的電磁能量會存在相互耦合的情況。
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9 b' d G& [( V+ B: ], h- {圖1
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如上圖所示，當(dāng)port1與port2之間通信時，port3與port4端口處也會有電流產(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）。我們來做一個實(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表示的是信號到參考層之間的距離）。得到的近端串?dāng)_S13曲線如下：4 K: X5 ~" z. `$ V6 p
) U6 D$ m! h) o1 M圖2
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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：- ]/ L. h- i' D& @4 _
, z0 Q; u M+ Q ?0 V9 ~6 p可以看到，隨著間距的拉開，串?dāng)_逐漸變?nèi)�，�?dāng)線間距達(dá)到3H的時候，串?dāng)_能量是很弱的，如果驅(qū)動端電壓是1V的話，那么近端串?dāng)_感受到的電壓幅值只有36mV。我們也可以在時域里面驗(yàn)證下，圖1所示通道，在port1處引入一個幅值為1V的5GHz正弦波，改變兩線之間的間距，在port3處得到的波形對比如下，其中紅色正弦曲線為輸入波形
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1 o+ [3 U- h2 o1 n$ |1 K, x9 f圖3 . n* R5 n2 `1 Q9 B9 e
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可以看到，我們采用時域分析的方法得到的信號串?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S參數(shù)得到通道的傳輸延時？ 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，下圖為傳輸時延為1nS的單根傳輸線（2端口）的S12相位波形。
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圖4
2 s; W$ k: M1 U& h7 ]2 m9 R q) D# [' G: X% `2 u5 `0 U" _; ^
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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圖5 8 z0 y6 Y5 B4 R8 G
當(dāng)端口1的正弦波到達(dá)端口2時，由于互連結(jié)構(gòu)的延時，兩個正弦波之間會存在一個相位差。對于同一個傳輸通道，不同頻率的正弦波對應(yīng)的相位差不同，如下圖，分別為0.25G，0.5G，1G正弦波對應(yīng)的相位差
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3 m" c+ w F" w圖6 3 g+ x- T8 H X' L/ }7 L! ?1 Z+ y$ c
同樣的通道，該通道的相位曲線如下圖所示：8 g# ^) H; a) C* K' z \% f
& G T4 O V6 c3 ]! K圖7 # q2 U+ w: q4 `7 s( \0 ~& z: e3 b2 m
可見，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，就不難通過相位偏移來計(jì)算傳輸通道的延時了。一般使用以下公式來計(jì)算通道延時：2 T; M9 e. ~6 n
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對于這個通道，我們代入公式，有：
" @1 b! c% D/ D! p5 H6 T
. v$ J1 Q3 V& ]這樣，我們就通過S參數(shù)的相位信息計(jì)算出了通道的延時。
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