S參數(shù)在SI仿真中的應用_進階篇

上篇文章我們介紹了S參數(shù)的基本應用,了解了插損與回損的概念铐尚,但是S參數(shù)中所包含的通道信息遠遠不止這么多,我們可以通過S參數(shù)來評估通道的串擾情況哆姻,還可以粗略計算通道的傳輸延時宣增,查看通道的阻抗一致性等等,就像小陳在之前的文章中所說的矛缨,S parameter is all…神奇的S參數(shù):這條線是如何描述信號的爹脾?戳文字,有超鏈接~

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仿真中的應用劳景。

怎樣從S參數(shù)中看出通道的串擾情況誉简?

串擾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盟广,信號線之間的電磁能量會存在相互耦合的情況闷串。

圖1

如上圖所示,當port1與port2之間通信時筋量,port3與port4端口處也會有電流產(chǎn)生烹吵,我們稱耦合到port3處的能量為近端串擾(S31),耦合到port4處的能量為遠端串擾(S41)桨武。我們來做一個實驗肋拔,如上圖所示通道,使用仿真軟件提取傳輸通道的S參數(shù)呀酸,改變兩根傳輸線之間的耦合距離凉蜂,S分別為1H,2H和3H(H表示的是信號到參考層之間的距離)。得到的近端串擾S13曲線如下:

圖2

上圖中,紅色窿吩,藍色茎杂,紫色分別代表兩根線間距為1H,2H和3H時的近端串擾纫雁。這種串擾是用dB的形式表示的煌往,我們將dB換算成百分比,如下:

可以看到轧邪,隨著間距的拉開刽脖,串擾逐漸變?nèi)酰斁€間距達到3H的時候忌愚,串擾能量是很弱的曲管,如果驅(qū)動端電壓是1V的話,那么近端串擾感受到的電壓幅值只有36mV硕糊。我們也可以在時域里面驗證下翘地,圖1所示通道,在port1處引入一個幅值為1V的5GHz正弦波癌幕,改變兩線之間的間距衙耕,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

圖3

可以看到勺远,我們采用時域分析的方法得到的信號串擾幅值和頻域提取的S參數(shù)得到的dB值是非常接近的橙喘。所以,只要得到了傳輸通道的S參數(shù)胶逢,我們就很容易看出通道的串擾情況厅瞎。

怎樣通過S參數(shù)得到通道的傳輸延時?

我們知道初坠,S參數(shù)中除了包含通道的損耗信息外和簸,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相位波形碟刺。

圖4

如上圖所示锁保,通道的相位曲線是一系列的鋸齒波,并且呈周期性變化(并不是嚴格的周期性變化)半沽。要想理解其中的含義爽柒,我們首先需要理解相位差的概念。如下圖:

圖5

當端口1的正弦波到達端口2時者填,由于互連結(jié)構的延時浩村,兩個正弦波之間會存在一個相位差。對于同一個傳輸通道占哟,不同頻率的正弦波對應的相位差不同心墅,如下圖酿矢,分別為0.25G,0.5G怎燥,1G正弦波對應的相位差

圖6

同樣的通道棠涮,該通道的相位曲線如下圖所示:

圖7

可見,S參數(shù)中的相位刺覆,與我們直接使用正弦波仿真得到的結(jié)果是一樣的。當我們理解了相位曲線的含義后史煎,就不難通過相位偏移來計算傳輸通道的延時了谦屑。一般使用以下公式來計算通道延時 :

對于這個通道,我們代入公式篇梭,有:

這樣氢橙,我們就通過S參數(shù)的相位信息計算出了通道的延時。

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