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      S参数的损耗曲线到底怎么来的?

      来源:一博自媒体 时间:2017-10-23 类别:微信自媒体

      文 | 黄刚   微信公众号ID:高速先生     系列:S参数

      由于前段时间一直处于中等偏忙的状态,直到最近才有机会在这里再露露面哈。说说到了S参数,大家会不会有一种感觉,觉得频域这玩意并没有时域那么直观呢?举一个简单的资料,我们做一些并行信号的仿真或者测试,例如很常见的DDR信号,大家会去关注频域S参数吗?无非就是看波形,眼图,有问题呢就考虑下端接电阻,调下ODT(其实也算是端接电阻,只是放在内部而已)等等,为什么不关注频域的S参数呢?原因可能有几个,首先判断好坏的标准都是时域的电平标准,没涉及到频域,另外是像这种一拖多的拓扑,S参数的确看得会很乱而且意义不明确,另外也有人会觉得像并行信号1-2GHz看S参数都差异不大。正好最近本人对S参数有一些的积累和研究,所以也希望在这个话题和大家多多互动和讨论,让大家都得到一些启发。

      首先我们S参数是怎么得到的?大家会说,仿真和测试都可以得到啊。测试S参数我们常用VNA(网络分析仪),如果问大家VNA测试得到S参数的原理,大家知道吗??

       
      看上面这个比较原理性的图大家可能还是不懂,如果是下图呢?会不会得到一点启发?
       
      这里涉及到了入射,反射和传输的信号,它们之间的比值就是得到反射和传输系数,这里看下面这个例子大家就清楚了。

      因此当我们看到一个链路的损耗时,其实我们可以用时域的方式去推导它。
       
      假设我们分别发送1GHz、3GHz、5GHz的正弦波,幅度为峰峰值2V,那么会得到传输前后的波形如下,我们看到不同频率下的正弦波传输的波形幅度是不相同的。
       
      如果发送的不同频率正弦波更多之后,我们会得到下面的入射传输波形:
       
      然后我们用传输的波形比上入射的波形,就能到不同频率正弦波的比值,幅度和dB表征分别如下:
       
      然后我们就会发现,比完之后的Y1就是链路的损耗了。
       
      那回损呢?稍微复杂一点,我们用一个不匹配的结构来分析,如下:
       
      根据VNA原理,回损应该是反射波形和入射波形的比值,那会是S11=VIN/0.5*V1(结果如下图)吗??显然不是。
       
      为什么不是这个公式呢?因为VIN并不是单纯的反射波形,它是入射和反射的叠加,因此真正的反射Vreflect=VIN-0.5*V1,所以S11=VIN-0.5*V1/0.5*V1,结果就正确了。
       
      我们之所以用不同频率的正弦波来发送来去反射和传输的波形,是因为正弦波频谱比较单一,1GHz的正弦波基本上所有能量都是1GHz,10GHz也基本只有10GHz的能量,所以我们认为这样就可以很清晰的分离出不同频点的能量比值,不受其他频点的干扰,VNA就是这样的原理。


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