信号完整性（SI）电源完整性（PI）学习笔记（二十七）S参数在信号完整性中的应用（二）

本文主要介绍关于学习,信号完整性,硬件工程的知识点，对信号完整性（SI）电源完整性（PI）学习笔记（二十七）S参数在信号完整性中的应用（二）和问题有哪些有兴趣的朋友可以看下由【小幽余生不加糖】投稿的技术文章，希望该技术和经验能帮到你解决你所遇的技术笔记,仿真相关技术问题。

问题有哪些

S参数在信号完整性中的应用（二）

1.端口阻抗的行业标准是50Ω，然而，原则上阻抗可以为任意值。当端口阻抗改变时，返回损耗和插入损耗所表现出的行为也会发生改变。
（1）使端口阻抗远离互连的特征阻抗会增加返回损耗。返回损耗的值是端口阻抗的复杂函数；
（2）描述互连的S参数时，不要求端口阻抗和元器件阻抗一定要匹配。除非有限制性原因，通常使用50Ω。

2.在实际工作中，将端口阻抗改为50Ω的唯一原因是，为了能从仪器屏幕上直接定性地评估非50Ω环境下的元器件质量。

3.在75Ω环境下，75Ω电缆在频率低于1GHz时，几乎是透明的。超过1GHz时，连接器起主导作用，无论端口阻抗是多少，互连不在那么透明了。也无论端口阻抗为多少，测量的S参数响应中所包含的行为模型是完全一样的，只是在不同端口阻抗的情况下再现一遍而已。

4.最简单的互连是线阻抗为50Ω，并且和端口阻抗相匹配的情况，在这种情况下，没有反射，而且S11的幅度为0，当用dB表示时，它是一个很大的负数，通常受限于仪器或仿真器的噪声基底，约在-100dB量级。
在S参数的定义中，每个矩阵元素都是从某个端口输出的正弦波与进入某个端口的正弦波的比值。
对于S21，即从端口2传出的正弦波与传入端口1的正弦波的比值，可得到如下两项：

但传入端口1的相位前进到f Td，相位（S21）=0°-fTd*360°

5.S21的相位开始为负，并且随着频率的升高负向增大。这是S参数最高离奇和混乱的地方，穿过传输线的S21相位是负向增大的。
我们可以看出这个行为基于两个特征：
（1）S21相位的定义是从端口2传出的正弦波的相位减法传入端口1的正弦波的相位。
（2）它是两个波形在同一时刻的相位差。S21的相位始终是负的，而且随着频率升高负值也增大。我们通常把相位定义为-180°到+180°，当相位前进到-180°时，我们把它置为+180°，然后继续计算下去。这样就产生了S21相位的典型锯齿模式。

6.插入损耗的幅值是对所有妨碍能量通过互连传输过程的度量。流入互连的总量等于传出的总能量。能量通过以下5种方式传出：
（1）辐射；（2）互连中转化为热能的损耗；（3）耦合到相邻走线的能量，无论是否被测量；（4）反射回源端的能量；（5）传入端口2的能量，作为S21部分被测量；
在大部分应用中，辐射损耗对S21的影响微不足道。互连中转换为热能的损耗是由于导线损耗和介质损耗所引起的。
传输系数是衰减值的负数。

7.插入损耗是对由导线损耗和介质损耗所引起衰减的直接度量。正如前面章节所述。已知传输线的导线和介质特性，插入损耗可以很容易的加以计算。
（1）由于损耗造成的插入损耗：

（2）插入损耗是对耗散因子的直接测量：

8.低频时，导线损耗有很大的贡献，在这种简单地插入损耗分析方法中，并没有把导线损耗考虑在内。当使用上述近似时，提取的耗散因子由于补偿导线损耗而人为地变大了。高频时，由于阻抗突变，通常在连接器或者过孔处，会使插入损耗产生波动。

9.当绘制成频率的函数时，插入损耗的幅度表现为单调递减。与此同时，相位以固定的速率向负方向前进。当在极坐标中描绘S21时，轨迹是个螺旋。

S21在最低频率时具有最大幅度和接近零的相位。当频率变大时S21沿顺时针方向旋转。而且幅度不断变小，最终旋转到中心。
均匀传输线的插入损耗的两倍，等于在端口1观测到的末端开路传输线的返回损耗。随着频率的增大，插入损耗变大，其中包括典型的导线损耗和介质损耗。

10.一条孤立微带线的插入损耗表现为由于介质损耗和导线损耗而引起的稳定下降。当相邻微带线靠近时，改攻击线中的部分信号会耦合到相邻线，造成近端和远端串扰。在微带线中，远端串扰比近端串扰大得多。
当频率升高时，远端串扰会增大，因而会有更多的信号耦合出攻击线，减小了S21，除了衰减会造成S21的减小，串扰也将引起S21的减小。
但从S21响应很难分出S21中有多少是由衰减产生的，有多少是由其他互连的耦合产生的，除非耦合到其他互连的信号也被加以测量。

11.使用标准命令规范，两条相邻微带线可以用4个端口描述。一条互连的插入损耗是S21而另一条线的插入损耗是S43。近端串扰用S31描述，远端串扰用S41描述。耦合增大而S21减小时，可以看到远端串扰噪声S41也相应增大了。

12.当耦合到无端接的浮空互连时，由于孤立浮空线的Q值非常大，如果被激励，入射噪声就会在两个开路末端往返反弹。反弹一次就衰减一些。它可以往返反弹达100多次，直到由于自身的损耗而消失。
高Q谐振器对耦合的影响表现为S21或S11的窄带吸收。原则上，当单端口连到一条末端开路的传输时，S11的幅度应该是1，或者0dB。实际中，正如我们所看到的，所有互连都有损耗，所以S11总是比0dB小，而且随着频率的升高变得更小。

13.在只有一条相邻传输线的情况下，下冲的频率是静态线的谐振频率。谐振带宽与谐振器的Q值有关。根据定义Q表示为：

Q值越高下冲越窄。下冲的宽度和耦合度有关，耦合越大，下冲越尖。当然当下冲变尖时，与浮空线的耦合增大，这时阻尼通常又会增加，进而导致Q值的下降。

14.由两个平面组成的腔的谐振频率，等于在腔的两个开路端之间能容下为半波长某一整倍的频率，即：

在典型的板级应用中，边长很容易达到10in谐振频率从300MHz开始。在这个范围内，电源和地平面之间的去耦电容器通常有助于抑制谐振，这些谐振通常很难清楚的看到。

15.返回损耗实际上是对封装吸收频谱的度量，类似于一个有机分子的红外吸收光谱，红外光谱可以辨别与特定原子相关联的谐振模态。
不仅平面腔吸收能量，其他的相邻走线吸收能量。封装的谐振吸收往往会限制最高的可用频率，封装设计的目标之一是把谐振推向更高的频率，或降低关键信号线与谐振模态的耦合。这可以通过如下多种方法加以实现：
（1）不要在不同返回平面之间切换信号；
（2）在靠近每个信号过孔处利用返回过孔，以抑制谐振；
（3）利用低电感去耦合电容器抑制谐振；
（4）保持封装体积很小。

16.当互联损耗很小，并且到相邻线的耦合非常小时，影响插入损耗的主导机制就是由阻抗突变引起的反射。阻抗突变最常见的情况是，传输线阻抗与端口50Ω阻抗的不匹配。互联前端和末端想成的阻抗不匹配会产生某种谐振，形成返回和插入损耗的特殊模式。

（1）信号从端口1传入传输线的反射系数rho1可表示为：

（2）反射回传输线的反射系数rho为：

（3）无论从第一个接口反射的相移是多少，从第二个接口反射的相移与其是相反的。沿着互连传播一个往返的相移为：

如果往返路径的相移很小，那么从互连前端反射回端口1的反射波和从端口2反射回并进入端口1的信号幅度差不多相等，而相位则相反。他们要一起返回到端口1，将会抵消掉，这样进入端口1的净反射信号将为零。

17.（1）低频时，所有无损互连的返回损耗往往起始于一个很小的反射，或一个很大的负dB值。
（2）低频时，所有无损互连的插入损耗都是0dB。

18.传输信号的往返相移将会随着频率的增加而增加，直到达到周期的一半，这时，从前端接口反射回端口1的信号从末端接口反射回端口1的信号同相，他们同相相加，这时返回损耗将会最大。

通过观察返回损耗或插入损耗波动的频率间隔，可以得出传输线突变点之间的物理长度。互连的Td约为：

19.实现一个透明互连的最好方式是：首先将互连的阻抗匹配到50Ω，如果不能使用阻抗为50Ω，那么重要的设计准则就是保证它尽量短。

本文《信号完整性（SI）电源完整性（PI）学习笔记（二十七）S参数在信号完整性中的应用（二）》版权归小幽余生不加糖所有，引用信号完整性（SI）电源完整性（PI）学习笔记（二十七）S参数在信号完整性中的应用（二）需遵循CC 4.0 BY-SA版权协议。