什么是S参数

编者注：S参数用于表征无源链路的行为模型。在S参数获取阻抗， 插入损耗、回波损耗、阻抗、串扰、模式转换等指标。本文阐述了什么是S参数、S参数转换TDR/TDT、为什么要使用S参数等等

为什么使用 S参数？

为什么要使用S参数这个问题经常会被问到。其实在技术演进的过程不仅仅有S参数，但是最终科学家和工程师们发现使用S参数能更加方便地描述一个无源链路。

从模拟的角度捕获数字信号

数字信号 vs.模拟信号

数字信号 = 模拟信号 (包含正弦波）

正弦波的变化 - 输出是什么？

什么是 S参数？

S参数是一个复数矩阵，反映了在频域范围内的反射信号 / 传输信号的特性（幅度/相位）。

S参数表达式

Smith Chart - 史密斯圆图：更直观地进行阻抗变换

Smith Chart - 史密斯圆图

在某个频率点，可以有多种方式对匹配电路进行调节，使之到达某种特征阻抗。

S参数的优点

用多个 S 参数可以很容易地预测系统性能

差分信号

差分对上的模式转换

对于一个不理想的差分器件来说会产生不希望的模式转换。尤其是差分-共模的转换，往往会导致EMI的问题。

平衡器件

差分模式响应由差分 S 参数表示。命名规则如下图所示：

4-端口差分 S参数

高速串行总线一般都是差分对结构，这就是常见的4端口的S参数。其中包含了16个S参数元素，如下图所示。每一个都有其内在的含义。

S参数测量基础 - 矢量网络分析仪 （VNA）

网络分析仪用正弦波频率扫描来测量元器件的幅度和相位

时域 -> 频域

傅里叶变换技术可以用数学方法把频域响应转换为时域响应

S参数 & TDR/TDT 测量

时域 -> 频域

傅里叶逆变换技术可以用数学方法把时域响应转换为频域响应

TDR (采样）示波器

采样示波器是通过输入阶跃信号，从反射/传输测量结果得到阻抗/损耗。

矢量网络分析仪 (VNA) vs.TDR (示波器)

VNA 测量更为精确

校准的重要性 - 加校准和不加校准的结果比较

校准的重要性 - 误差的类型

校准的重要性 - 系统误差

如何在示波器上使用 S参数？

借助于S 参数，在信号分析软件上可以轻松地移动观察点

如何在示波器上使用 S参数？- 使用模拟软件

使用 S 参数可以方便地在任何条件下对 DUT 和波形进行评估

结论

高速数字行业需要测试 S 参数
S 参数是一个复数矩阵，反映了频域内的反射和传输特性
S 参数可以有多种格式 （直角坐标，史密斯圆图，极坐标 等）
差分信号可能会导致模式转换 （例如 EM 辐射）
差分 S 参数包含这种模式转换特性
S 参数可以转换为 TDR/TDT
用S参数可以方便地在示波器上移动观察点，并在模拟软件上模拟不同条件下的波形

审核编辑：彭静