信号完整性基础知识之S参数

本章我们开始《信号完整性基础》系列第四章节S参数相关知识的讲解。 S参数能反映在频域范围内传输信号、反射信号的特性，是我们在做PCB SI仿真时最常用的手段。

01 S参数概述

S参数也叫散射参数，最初是用来描述射频电路应用中入射波和反射波的关系，随着数字信号的高速化，S参数在高速数字信号的应用中逐渐普及。

S参数将被测物当作黑匣子，通过测量输入输出端口来表现网络特性，不论哪一个端口有信号进入，都能通过测量其他端口散射的信号，来获得信号信息。

如下图，将一段传输线网络封装成一个二端口S参数模型，通过时域仿真对比，两者眼图的眼宽和眼高基本一致。 在一些复杂的仿真设计中，我们也可以通过封装并调用S参数模型的方法来优化设计。

S参数通常用矩阵的形式描述各端口特性。 二端口网络可以用一个2*2的矩阵表示，如[S11,S12,S21,S22]。

S参数是频域模型，描述不同频率分量下的各端口的反射及传输线干扰等。 S参数作为一个文本文件，记录模型在不同频点下的信号表现。 常用MA表示（幅度和相位）。

在ADS中，S参数文件格式为.sNp，其中N表示端口数量，二端口即为.s2p。 如下图为ADS中生成S参数的步骤。

02 S11与S21的定义

S11和S21用于描述一条网络上的信号特性。

S11表示互联网络对信号的反射，表现为端口1入射信号和反射信号的比值，即我们常说的回损。 S11值越小越好。

S21表示端口1到端口2的传输系数，表现端口1入射波与端口2接收波形的比值。 S21的值越大越好。 如下图为二端口网络S参数定义。

插损，指传输线网络上因器件、导体、介质等造成的能量衰减。 是在不考虑反射的情况下定义的。 但在实际应用中，反射不可能降到0，因此S21一般比插损更大，因为里面包含了反射损失。

但是，在二端口网络中只有S21包含插损的影响。 因此在工程应用中，我们就把S21统称为插损。

如下图所示，当S11的值比较小时，其产生的变化对S21影响很小，但如果S11值很大，则会对S21产生严重影响。 阻抗控制任重而道远啊。

以上就是本期分享的所有内容啦，下一期我们接着分享S参数剩余内容。 S参数提取、仿真是高速信号设计中必不可少的一环，大家都去学习起来吧。 同时欢迎各位点赞、评论、转发分享哦。

审核编辑：汤梓红