信号完整性工程师几乎总是要处理s参数。如果你还没有和他们一起工作过，那么在你的职业生涯中你很有可能会遇到。随着速度在两位数GB/s范围内的提高，许多行业标准正在转向基于串行链路的架构，并使用基于s参数测量的频域遵从性限制。
矢量网络分析仪(VNA)是测量被测设备(DUT) s参数的首选测试仪器。根据定义，每个S参数(Sij)为从端口流出的正弦波电压与进入端口的正弦波电压之比(公式1)。每个s参数都是由幅值和相位组成的复数。
可以这么说，由于数学原因，索引指的是电压进入或离开的端口。这与我们的正常思路是相反的，在处理s参数时认识到这种关系是很重要的。
单端型的参数
图1显示了一个1端口、2端口和4端口dut的示例，以及它们各自的s参数矩阵，表示具有各自端口索引标记的统一传输线。矩阵中的每个s参数都是从一个端口到另一个端口的单端测量。
图1 1端口(红色)、2端口(蓝色)、4端口(黑色)dut及其各自的s参数矩阵的从左到右示例。
1端口DUT有一个S参数(S11)如图1中红色部分所示。它是从端口1输出的电压与进入端口1的电压之比。作为1号端口反射能量的度量，它也被称为返回损耗(RL)。
2端口DUT有4个s参数，如图1中蓝色部分所示。具有相同下标号的S-参数，即S11,年代22RL。带有交替索引下标号的s参数是传输能量的度量，是从一个端口流出的电压与进入另一个端口的电压之比。它也被称为插入损失(IL)。例如，S12为从端口1流出的电压与进入端口2的电压之比，而S21为从端口2输出的电压与进入端口1的电压之比。
4端口DUT有16个s参数，划分为图1中黑色部分所示的4个象限。如您所见，s参数组合的数量是端口数量的平方。在本例中，左上象限1和右下象限4与具有不同端口索引的单个2端口dut相同。
图1中右上象限2和左下象限3的s参数描述了各自端口的近端和远端耦合。当不需要的耦合发生在近端时，它被称为近端串扰(NEXT)。当它发生在远端时，它被称为远端相声(FEXT)。
图2描述了它们。尽管没有一个行业标准来标记具有四个或更多端口的DUT，但一种实际的方法是使用所示的端口顺序，使2端口DUT成为4端口DUT左上象限的子集。当您这样做时，随着端口数量的增加，端口顺序标记是一致的，奇数端口在左边，偶数端口在右边。年代12和S21总是描述IL术语，而S13和S31定义NEXT术语。
图2 4端口DUT象限描述。
但有时第三方的4端口s参数被标记为端口1和端口2在左侧，而端口3和端口4在右侧。在这个构型中，S31和S42现在是IL条款。当从2端口移动到4或更多端口DUT时，这是违反直觉的，并导致在级联s参数构建通道模型或转换为混合模式s参数时潜在的混乱。每当你从第三方获得s参数文件时，总是要谨慎地测试它，并将IL图与端口顺序进行比较，以确保你正确地使用它们。
通常，4端口s参数保存为带有.snp扩展名的Touchstone格式，其中n是端口数量。许多电子设计自动化(EDA)和电路仿真软件工具允许您从Touchstone文件中查看和绘制s参数。
图3是Keysight ADS中使用的4端口s参数组件的示意图。当该组件链接到合适的。s4p Touchstone文件并如图所示连接端口时，可以绘制和分析16端口s参数矩阵。
图3用于绘制4端口单端s参数的Keysight ADS示意图。
1端口和2端口s参数与图4所示的4端口s参数包含在同一个图中。左上(红色)和右下(绿色)象限表示RL和IL，而右上(蓝色)和左下(品红)象限表示NEXT和FEXT。
图4均匀传输线的4端口s参数单端图实例。
混合模式的参数
信号完整性工程师经常需要检查通道模型和s参数测量与行业标准符合性图。这些图中的许多都是混合模式s参数，这意味着单端测量需要转换为混合模式矩阵。
两条带耦合的单端传输线也称为差动对，如图5所示。当我们讨论带有耦合的单端传输线时，我们通常对它们的单端特性感兴趣，如特征阻抗(Zo)、相位延迟和如上所述的NEXT/FEXT关系。
图5两条耦合传输线的单端与混合模式s参数矩阵。
但当我们讨论微分对时，我们感兴趣的是混合模s参数，比如微分信号和共信号，以及它们在对中的相互作用。因为我们描述的是完全相同的互连，所以它们是等价的。
当描述微分对时，由混合模s参数矩阵定义的输入信号的响应只有四种可能的结果:
- 一个微分信号进入微分对，一个微分信号出来
- 一个微分信号进入微分对，一个公共信号出来
- 一个公共信号进入微分对，一个微分信号出来
- 一个公共信号进入微分对，一个公共信号出来
各象限的混模s参数如图6所示:
图6混合模式象限描述。
单端s参数的端口顺序如图5所示，通过表1所示的方程可以数学转换为混合模式s参数。另外，Keysight ADS可以使用4端口单端或4端口Balun组件上的方程简化此过程，如图7所示。
表1。单端到混合模s参数转换方程
图7使用方程或4端口Balun组件将4端口单端s参数转换为2端口混合模式s参数的Keysight ADS原理图。差动端口和公用端口编号分别为D1、D2、C1、C2。
图8根据表1的方程绘制了混合模式s参数。每个象限都用颜色编码，以与各自的表象限相一致。
图8差动传输线的4端口s参数混合模式图示例。
最后，如果你养成了如上所述的标记s参数文件的习惯，那么从单端到混合模式的转换将会简化，并且你会减少误解结果的机会。
参考文献
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