信號完整性基礎(chǔ)-S參數(shù)概述

01 S參數(shù)概述

S參數(shù)也叫散射參數(shù)，最初是用來描述射頻電路應(yīng)用中入射波和反射波的關(guān)系，隨著數(shù)字信號的高速化，S參數(shù)在高速數(shù)字信號的應(yīng)用中逐漸普及。

S參數(shù)將被測物當作黑匣子，通過測量輸入輸出端口來表現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)特性，不論哪一個端口有信號進入，都能通過測量其他端口散射的信號，來獲得信號信息。

如下圖，將一段傳輸線網(wǎng)絡(luò)封裝成一個二端口S參數(shù)模型，通過時域仿真對比，兩者眼圖的眼寬和眼高基本一致。在一些復(fù)雜的仿真設(shè)計中，我們也可以通過封裝并調(diào)用S參數(shù)模型的方法來優(yōu)化設(shè)計。

S參數(shù)通常用矩陣的形式描述各端口特性。二端口網(wǎng)絡(luò)可以用一個2*2的矩陣表示，如[S11,S12,S21,S22]。

S參數(shù)是頻域模型，描述不同頻率分量下的各端口的反射及傳輸線干擾等。S參數(shù)作為一個文本文件，記錄模型在不同頻點下的信號表現(xiàn)。常用MA表示（幅度和相位）。

在ADS中，S參數(shù)文件格式為.sNp，其中N表示端口數(shù)量，二端口即為.s2p。如下圖為ADS中生成S參數(shù)的步驟。

02 S11與S21的定義

S11和S21用于描述一條網(wǎng)絡(luò)上的信號特性。

S11表示互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)對信號的反射，表現(xiàn)為端口1入射信號和反射信號的比值，即我們常說的回損。S11值越小越好。

S21表示端口1到端口2的傳輸系數(shù)，表現(xiàn)端口1入射波與端口2接收波形的比值。S21的值越大越好。如下圖為二端口網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)定義。

插損，指傳輸線網(wǎng)絡(luò)上因器件、導(dǎo)體、介質(zhì)等造成的能量衰減。是在不考慮反射的情況下定義的。但在實際應(yīng)用中，反射不可能降到0，因此S21一般比插損更大，因為里面包含了反射損失。

但是，在二端口網(wǎng)絡(luò)中只有S21包含插損的影響。因此在工程應(yīng)用中，我們就把S21統(tǒng)稱為插損。

如下圖所示，當S11的值比較小時，其產(chǎn)生的變化對S21影響很小，但如果S11值很大，則會對S21產(chǎn)生嚴重影響。阻抗控制任重而道遠啊。

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審核編輯：劉清