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有可能会遇到。随着速度提高到两位数GB/s，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参数测量的频域合规性限制。
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)是从一个端口流出的正弦波电压与进入一个端口的正弦波电压的比值(公式1)。每个s参数都是复杂的，有幅度和相位。
简单地说，出于数学原因，索引指的是输入或输出电压的端口。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，表示带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从左到右分别为1端口(红色)、2端口(蓝色)、4端口(黑色)dut及其各自的s参数矩阵示例。
一个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出来的电压与进入端口1的电压之比。作为从端口1输出的反射能量的度量，它也被称为回波损失(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。带有交替下标数字的s参数，是传输能量的度量，是从一个端口出来的电压与进入相反端口的电压的比率。它也被称为插入损耗(IL)。例如，S12是从端口1出来的电压与进入端口2的电压之比，而S21是从端口2出来的电压与进入端口1的电压之比。
4端口DUT有16个s参数，分为图1中黑色部分所示的四个象限。可以看到，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，它被称为近端串扰(NEXT)。当它发生在远端时，它被称为远端串扰(FEXT)。
图2描述了它们。虽然没有标识带有四个或更多端口的DUT的行业标准，但一种实用的方法是使用所示的端口顺序，使2端口DUT成为4端口DUT的左上象限的子集。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，左边是奇数端口，右边是偶数端口。年代12和S21总是描述IL项，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4端口s参数标记为端口1和2在左侧，而端口3和4在右侧。在这个构型中，S31和S42现在是IL条款。当从2端口DUT移动到4端口或更多端口DUT时，这是违反直觉的，并且在级联s参数以构建通道模型或转换为混合模式s参数时，会导致潜在的混乱。无论何时从第三方获得s参数文件，都要谨慎地测试它，并将IL图与端口顺序进行比较，以确保正确使用它们。
通常，4端口s参数保存为Touchstone格式，扩展名为.snp，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参数组件的原理图，当该组件链接到适当的.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 Keysight ADS原理图用于绘制4端口单端s参数。
1端口和2端口s参数包含在与图4中绘制的4端口s参数相同的图中。左上(红色)和右下(绿色)象限表示RL和IL，而右上(蓝色)和左下(洋红色)象限表示NEXT和FEXT。
图4均匀传输线的4端口s参数单端图示例。
混合模式的参数
信号完整性工程师经常需要根据行业标准符合性图检查通道模型和s参数测量。其中许多图是混合模态s参数，这意味着单端测量需要转换为混合模态矩阵。
带耦合的两条单端传输线也称为差动对，如图5所示。当我们谈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)、相位延迟和上面描述的NEXT/FEXT关系。
图5两根耦合输电线路单端与混合模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，如微分信号和公共信号，以及它们在对中如何相互作用。因为我们描述的是完全相同的互连，所以它们是等价的。
当描述差分对时，响应输入信号只有四种可能的结果，由混合模s参数矩阵定义:
- 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
- 一个公共信号进入差分对，一个差分信号出来
- 一个公共信号进入差分对，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。
端口顺序如图5所示的单端s参数，可以通过表1所示的方程在数学上转换为混合模s参数。另外，Keysight ADS可以使用4端口单端方程或4端口Balun组件简化这一过程，如图7所示。
表1。单端到混合模s参数转换方程
图7 Keysight ADS原理图，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s参数。差分和通用端口编号分别为D1, D2, C1, C2。
图8根据表1中的方程绘制了混合模式s参数。每个象限的颜色编码与各自的表象限相一致。
图8差分传输线的4端口s参数混合模式图示例。
最后，如果您养成了如上所述标记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，并且您误解结果的机会将会减少。
参考文献
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