關(guān)于VNA測試得到S參數(shù)的原理解析

由于前段時間一直處于中等偏忙的狀態(tài)，直到最近才有機(jī)會在這里再露露面哈。說說到了S參數(shù)，大家會不會有一種感覺，覺得頻域這玩意并沒有時域那么直觀呢？舉一個簡單的資料，我們做一些并行信號的仿真或者測試，例如很常見的DDR信號，大家會去關(guān)注頻域S參數(shù)嗎？無非就是看波形，眼圖，有問題呢就考慮下端接電阻，調(diào)下ODT（其實也算是端接電阻，只是放在內(nèi)部而已）等等，為什么不關(guān)注頻域的S參數(shù)呢？原因可能有幾個，首先判斷好壞的標(biāo)準(zhǔn)都是時域的電平標(biāo)準(zhǔn)，沒涉及到頻域，另外是像這種一拖多的拓?fù)洌琒參數(shù)的確看得會很亂而且意義不明確，另外也有人會覺得像并行信號1-2GHz看S參數(shù)都差異不大。正好最近本人對S參數(shù)有一些的積累和研究，所以也希望在這個話題和大家多多互動和討論，讓大家都得到一些啟發(fā)。

首先我們S參數(shù)是怎么得到的？大家會說，仿真和測試都可以得到啊。測試S參數(shù)我們常用VNA（網(wǎng)絡(luò)分析儀），如果問大家VNA測試得到S參數(shù)的原理，大家知道嗎？？

看上面這個比較原理性的圖大家可能還是不懂，如果是下圖呢？會不會得到一點啟發(fā)？

這里涉及到了入射，反射和傳輸?shù)男盘枺鼈冎g的比值就是得到反射和傳輸系數(shù)，這里看下面這個例子大家就清楚了。

因此當(dāng)我們看到一個鏈路的損耗時，其實我們可以用時域的方式去推導(dǎo)它。

假設(shè)我們分別發(fā)送1GHz、3GHz、5GHz的正弦波，幅度為峰峰值2V，那么會得到傳輸前后的波形如下，我們看到不同頻率下的正弦波傳輸?shù)牟ㄐ畏仁遣幌嗤摹?/p>

如果發(fā)送的不同頻率正弦波更多之后，我們會得到下面的入射傳輸波形：

然后我們用傳輸?shù)牟ㄐ伪壬先肷涞牟ㄐ?，就能到不同頻率正弦波的比值，幅度和dB表征分別如下：

然后我們就會發(fā)現(xiàn)，比完之后的Y1就是鏈路的損耗了。

那回?fù)p呢？稍微復(fù)雜一點，我們用一個不匹配的結(jié)構(gòu)來分析，如下：

根據(jù)VNA原理，回?fù)p應(yīng)該是反射波形和入射波形的比值，那會是S11=VIN/0.5*V1（結(jié)果如下圖）嗎？？顯然不是。

為什么不是這個公式呢？因為VIN并不是單純的反射波形，它是入射和反射的疊加，因此真正的反射Vreflect=VIN-0.5*V1，所以S11=VIN-0.5*V1/0.5*V1，結(jié)果就正確了。

我們之所以用不同頻率的正弦波來發(fā)送來去反射和傳輸?shù)牟ㄐ?，是因為正弦波頻譜比較單一，1GHz的正弦波基本上所有能量都是1GHz，10GHz也基本只有10GHz的能量，所以我們認(rèn)為這樣就可以很清晰的分離出不同頻點的能量比值，不受其他頻點的干擾，VNA就是這樣的原理。

編輯：hfy