s参数具有丰富的数学形式，其中没有歧义。但是，当涉及到将s参数的数学转化为互连电路电气特性的实际解释时，由于缺乏经验的用户向新用户传播错误的概念，不知道什么是重要的，什么是不重要的，混乱就会出现。在本文中，我将揭示s参数的七个令人困惑的特征以及如何避免混淆。
混乱# 1
从根本上说，s参数，即“散射”参数的缩写，是对被测器件(DUT)的散射电压波与入射电压波之比的度量。这种形式最初是在频域建立的，其中电压波是正弦波。
输出量与输入量的比值，基本上就是传递函数。它描述了系统对正弦波的响应。正弦波只有三个优点:
- 一个频率
- 一个振幅
- 一个阶段
当我们测量互连对正弦波的响应时，我们假设互连满足三个重要特性:
- 被动——没有收获，只有损失
- 线性-一个频率进入，相同的频率出来，没有新的频率被创造
- 时不变的-它是静态的，几何形状和其他特征在测量过程中不改变
这意味着当我们发送一个1ghz的正弦波时，我们得到一个1ghz的正弦波，只有1ghz出来。唯一能改变的是振幅和相位。正弦波在频域的描述是作为一个复数，有实分量和虚分量或振幅和相位。它们复杂的性质和用来描述它们的复杂数学有时是混淆的来源。
混乱# 2
当我们求两个相同频率的正弦波的比值时，我们得到一个复数。幅度是输出波的振幅与输入波的振幅之比，s参数的相位是输出波与输入波的相位差。
我们可以用三种方式之一在频率范围内绘制复数的值:实数和虚数，极坐标图，幅度和相位图。这三个例子如图1所示。每个图都是相同的数据，只是显示方式不同。这有时会引起困惑。
混乱# 3
端口是与DUT的连接，我们通过它来测量正弦波信号。考虑端口的方法是，它就像一个同轴连接器，具有特定的特性阻抗，并连接到DUT的信号和返回路径，如图2所示。
如果你不设计连接到返回路径，信号会找到一条路径，而你可能不喜欢它找到的路径。
混乱# 4
端口是测量或模拟s参数的系统的一部分。入射信号和可能的反射信号将同时在同一端口中传播，彼此不会相互作用。提取s参数的系统可以分离出入射和反射的传播信号。
端口阻抗对s参数的影响与DUT一样重要。这就是为什么知道它是什么很重要。除非有强有力的令人信服的理由，否则总是使用50欧姆。如果使用了另一个端口阻抗，它将被捕获在Touchstone文件中，但形状和模式看起来会不同。
混乱# 5
当我们有多个到DUT的端口时，我们用从1开始的惟一连续索引号来标识它们。原则上，连接到DUT的端口的索引号并不重要，只要我们使用它们的方式是一致的。在实践中，我发现这个问题是误解s参数的主要原因。
混乱# 6
端口索引号很重要，因为这是我们标记每个s参数项的方式。例如，在DUT上有四个端口，有16个输入和输出的组合。在使用通道的s参数时，数据管理是一个非常重要的方面。
我们使用分配给端口的索引号作为唯一标识每个s参数项的方法。由于每个s参数元素是输出的正弦波与输入的正弦波的比值，我们使用输出和输入端口的索引号来标记s参数元素。
如果将S参数称为对应于从端口1进入并从端口2出来的正弦波，S 1à2或S12，这难道没有意义吗?由于s参数的起源背后的矩阵数学，这不是我们标记每个元素的方式。出端口是第一个索引，进端口是第二个索引。这个s参数将被标识为S21。第一个索引号是输出端口，第二个索引号是输入端口。
混乱# 7
如果你听到有人把S21称为“S 21”，就假定这个人对S参数一无所知，要谨慎地接受他们告诉你的东西。
如果DUT有一个或两个端口，则只有一种分配端口的方法。但是，如果有四个端口，就有多种可能的分配。图3显示了4端口DUT的两种可能的标记选项。
使用哪个端口分配是有区别的。如果采用方法A，则插入损耗为S21。如果采用方法B，则插入损耗为S31。如果在电路仿真中使用s参数模型，而不查看文件，则会得到模拟结果，但结果是错误的。如果你甚至注意到模拟看起来不正常，你可能会浪费几个小时的时间去挠头，试图合理化结果。
判断s形参模型使用哪个端口分配的方法是查看一列s形参。图4显示了我所能找到的性能最差的互连示例，使用了不同的端口分配。如果S21看起来像一个插入损失，在低频下从0 dB开始，然后单调下降，那么端口分配是方法A(右)。如果是S31，就是方法B(左)。无论哪种方式，插入损耗都很容易区分。
提前几分钟检查一下，可以帮你省下几个小时的沮丧。
结论
这些只是s参数的一些令人困惑的方面，与我们如何解释它们无关，只是与我们如何使用它们有关。现在您已经意识到这些潜在的坑洼，您可以在查看s参数时避免它们。
还看到:
Alfred P. Neves, Mike Resso和Wang Chun-Ting Wang Lee，《信号完整性杂志》2017年3月号。//www.lambexpress.com/articles/432-s-parameters-signal-integrity-analysis-in-the-blink-of-an-eye
《s参数重整》，《欺骗的艺术》，古斯塔沃·j·白兰度。信号完整性杂志2017年1月12日。//www.lambexpress.com/articles/270-s-parameter-renormalization-the-art-of-cheating