SPARQ系列述評之五 ―― 關(guān)于S參數(shù)(下)
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三, 直接用于仿真的S參數(shù)的特性
不是任何S參數(shù)文件都可以直接用于仿真軟件。 SPARQ區(qū)別于VNA的一點(diǎn)是,SPARQ測量出來的S參數(shù)可以直接用于仿真軟件。 我們知道，可直接用于仿真軟件的S參數(shù)需要具備以下特點(diǎn)：1，遵循三大S參數(shù)特性原則:無源性（Passivity），互易性（Passivity），因果性（Causality）。VNA產(chǎn)生的S參數(shù)由于不遵循這三個(gè)特性的原則,需要另外的軟件來做這三個(gè)原則的檢查驗(yàn)證之后才能用于仿真。 2，有DC點(diǎn)。 VNA產(chǎn)生的S參數(shù)不帶有DC點(diǎn),需要另外的方法測量出DC時(shí)的S參數(shù)值。 3，對于差分信號系統(tǒng),需要混合模式S參數(shù)。VNA不能直接產(chǎn)生混合模式S參數(shù)。 4，S參數(shù)以touchstone文件格式保存。作為世界上第一臺信號完整性網(wǎng)絡(luò)分析儀SPARQ產(chǎn)生的S參數(shù)具備以上這些特點(diǎn)，可以“拿來就用”，直接用于仿真。
· 無源性（Passivity）
對于一個(gè)無損網(wǎng)絡(luò)，S矩陣是一個(gè)單位矩陣，因此，對于二端口網(wǎng)絡(luò)存在下面的關(guān)系式：
由于沒有損耗，所有散射的總量應(yīng)是100%。當(dāng)S21（S11）大的時(shí)候，S11（S21）就會小一些，這從前面的S參數(shù)曲線可以看出來。
對于無源的二端口網(wǎng)絡(luò)
，因此，一個(gè)無源器件的S參數(shù)不會大于1（0dB）。VNA測量的S參數(shù)結(jié)果如果沒有經(jīng)過軟件進(jìn)行無源性驗(yàn)證，其S參數(shù)值會出現(xiàn)出現(xiàn)大于0dB的情形，不能直接用于仿真軟件。
，因此，一個(gè)無源器件的S參數(shù)不會大于1（0dB）。VNA測量的S參數(shù)結(jié)果如果沒有經(jīng)過軟件進(jìn)行無源性驗(yàn)證，其S參數(shù)值會出現(xiàn)出現(xiàn)大于0dB的情形，不能直接用于仿真軟件。
表示為功率散射比，這個(gè)值越小,說明損耗越大。· 互易性（Passivity）
如果一個(gè)器件是可交換方向使用，而不是單相的如隔離器、環(huán)行器，S矩針是對稱的，因此，Sij=Sji。
· 因果性（Causality）
所謂因果性就是先有激勵(lì)才有輸出。對于無源系統(tǒng)S參數(shù)，由于信號的傳輸一定會產(chǎn)生一定的延時(shí)，因此無源系統(tǒng)的S參數(shù)應(yīng)該是符合因果性原理的，但實(shí)際測得的S參數(shù)往往會由于種種原因產(chǎn)生一定的非因果性。很多信號完整性仿真軟件需要符合因果性特征的S參數(shù)，否則仿真時(shí)可能會產(chǎn)生發(fā)散現(xiàn)象，導(dǎo)致不正確的仿真結(jié)果。
四，混合模式的S參數(shù)
差分傳輸系統(tǒng)早已成為高速信號系統(tǒng)傳輸?shù)闹髁鳌Ｈ绻罘謧鬏斁€的距離很近，差分線之間能很好的耦合，差分信號是完全對稱, 任何引入的噪聲對兩條差分傳輸線的的影響是相同的,那么在芯片的接收端,由于減法運(yùn)算，引入的共模噪聲就被消除了。然而，實(shí)際的差分系統(tǒng)并不是完美的,構(gòu) 成差分信號的兩個(gè)單端信號本身的不平衡，兩個(gè)通道的長度不相等,耦合不緊密等都會導(dǎo)致能量由差模向共模轉(zhuǎn)換。由于實(shí)際的差分信號總是由差模信號和共模信號 組成（
）,單端的四端口S參數(shù)矩陣并不能提供關(guān)于差模和共模匹配和傳輸?shù)挠卸床炝Φ男畔?。因此?995年提出的混合模式S參數(shù)成為評價(jià)差分傳輸系統(tǒng)的重要工具。
）,單端的四端口S參數(shù)矩陣并不能提供關(guān)于差模和共模匹配和傳輸?shù)挠卸床炝Φ男畔?。因此?995年提出的混合模式S參數(shù)成為評價(jià)差分傳輸系統(tǒng)的重要工具。我常說,各種各樣的串行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)描述的都是關(guān)于“兩根線”的故事。如果不是用來傳輸差分信號，這“兩根線”組成的是一個(gè)單端四端口的網(wǎng)絡(luò)，單端四端口S參數(shù)矩陣描述了每個(gè)端口受到激勵(lì)分別有什么樣的響應(yīng)。如果是用來傳輸差分信號，這個(gè)單端四端口網(wǎng)絡(luò)就可以理解為了一個(gè)差分二端口網(wǎng)絡(luò)，如圖十所示，混合模式S參數(shù)從物理意義上理解正是描述了成對的兩根線對兩個(gè)信號之和（共模）和兩個(gè)信號之差（差模）的分別有什么樣的響應(yīng)。
圖十混合模式S參數(shù)測量
單端四端口S參數(shù)和混合模式S參數(shù)之間是可以相互轉(zhuǎn)換的，如圖十一所示。因此通過測量單端四端口的S參數(shù)來推導(dǎo)出混合模式的S參數(shù)。
圖十一單端四端口S參數(shù)和混合模式S參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換
混合模式S參數(shù)矩陣四個(gè)象限中包含了四種類型的混合模式S參數(shù)。第一象限以Scc開頭的表示共模S參數(shù)，第四象限以Sdd開頭的表示差模S參數(shù)。 其它兩象限的Sdc表示差模向共模的轉(zhuǎn)換，Scd分別共模向差模的轉(zhuǎn)換。如果這兩根線有很好的對稱性,Sdc和Scd為零,表示差模和共模是完全獨(dú)立的。 Sdd21表示差分端口1到差分端口2的差模增益，其它符號的含義類推。
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