如何通過(guò)S參數(shù)來(lái)評(píng)估通道的串?dāng)_情況？

S參數(shù)中所包含的通道信息遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這么多，我們可以通過(guò)S參數(shù)來(lái)評(píng)估通道的串?dāng)_情況，還可以粗略計(jì)算通道的傳輸延時(shí)，查看通道的阻抗一致性等等，這篇文章我們還是通過(guò)解答問(wèn)題的形式來(lái)繼續(xù)聊聊S參數(shù)在SI仿真中的應(yīng)用。

1、怎樣從S參數(shù)中看出通道的串?dāng)_情況？

串?dāng)_指的是相鄰信號(hào)線之間的電磁干擾，如下圖所示的兩個(gè)相鄰信號(hào)通道，信號(hào)線之間的電磁能量會(huì)存在相互耦合的情況。

圖1

如上圖所示，當(dāng)port1與port2之間通信時(shí)，port3與port4端口處也會(huì)有電流產(chǎn)生，我們稱耦合到port3處的能量為近端串?dāng)_（S31），耦合到port4處的能量為遠(yuǎn)端串?dāng)_（S41）。我們來(lái)做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，如上圖所示通道，使用仿真軟件提取傳輸通道的S參數(shù)，改變兩根傳輸線之間的耦合距離，S分別為1H，2H和3H（H表示的是信號(hào)到參考層之間的距離）。得到的近端串?dāng)_S13曲線如下：

圖2

上圖中，紅色，藍(lán)色，紫色分別代表兩根線間距為1H，2H和3H時(shí)的近端串?dāng)_。這種串?dāng)_是用dB的形式表示的，我們將dB換算成百分比，如下：

可以看到，隨著間距的拉開，串?dāng)_逐漸變?nèi)酰?dāng)線間距達(dá)到3H的時(shí)候，串?dāng)_能量是很弱的，如果驅(qū)動(dòng)端電壓是1V的話，那么近端串?dāng)_感受到的電壓幅值只有36mV。我們也可以在時(shí)域里面驗(yàn)證下，圖1所示通道，在port1處引入一個(gè)幅值為1V的5GHz正弦波，改變兩線之間的間距，在port3處得到的波形對(duì)比如下，其中紅色正弦曲線為輸入波形

圖3

可以看到，我們采用時(shí)域分析的方法得到的信號(hào)串?dāng)_幅值和頻域提取的S參數(shù)得到的dB值是非常接近的。所以，只要得到了傳輸通道的S參數(shù)，我們就很容易看出通道的串?dāng)_情況。

2、怎樣通過(guò)S參數(shù)得到通道的傳輸延時(shí)？

我們知道，S參數(shù)中除了包含通道的損耗信息外，還包含相位信息，下圖為傳輸時(shí)延為1nS的單根傳輸線（2端口）的S12相位波形。

圖4

如上圖所示，通道的相位曲線是一系列的鋸齒波，并且呈周期性變化（并不是嚴(yán)格的周期性變化）。要想理解其中的含義，我們首先需要理解相位差的概念。如下圖：

圖5

當(dāng)端口1的正弦波到達(dá)端口2時(shí)，由于互連結(jié)構(gòu)的延時(shí)，兩個(gè)正弦波之間會(huì)存在一個(gè)相位差。對(duì)于同一個(gè)傳輸通道，不同頻率的正弦波對(duì)應(yīng)的相位差不同，如下圖，分別為0.25G，0.5G，1G正弦波對(duì)應(yīng)的相位差

圖6

同樣的通道，該通道的相位曲線如下圖所示：

圖7

可見，S參數(shù)中的相位，與我們直接使用正弦波仿真得到的結(jié)果是一樣的。當(dāng)我們理解了相位曲線的含義后，就不難通過(guò)相位偏移來(lái)計(jì)算傳輸通道的延時(shí)了。一般使用以下公式來(lái)計(jì)算通道延時(shí)：

對(duì)于這個(gè)通道，我們代入公式，有：

這樣，我們就通過(guò)S參數(shù)的相位信息計(jì)算出了通道的延時(shí)。

編輯：hfy