S參數解讀--紋波產生原因解讀

2021-01-15 美國力科TeledyneLeCroy

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S-參數描述了互連對入射信號的響應,通過S參數,我們可以了解互聯的所有信息。當我們查看S參數曲線時,經常會看到S參數的4種典型模式:紋波、單調下降、大幅下降和陡降。在這篇文章中,我們將解釋互連如何導致S參數紋波,這將有助於您更好地了解自己的測量結果。

 

S11和S21中的紋波是由於互聯阻抗不連續而引起的反射導致的,我們以一條均勻傳輸線為例,來分析紋波的來源,如果均勻傳輸線的阻抗是50歐姆,我們將其置於50歐姆的環境中,阻抗匹配,沒有任何反射。所有信號都傳輸過去了。

我們將其設置為低阻抗,小於50歐姆,假設為30歐姆,在傳輸線的兩個埠,都形成了阻抗突變,都會出現反射, 正弦波從埠到達傳輸線時, 將前埠處產生一個反射,一些正弦波反射回埠1,大部分信號繼續傳輸,在埠2處,再次發生反射。兩個埠處的反射係數是相反的,埠1處是:-0.25,埠2處是:0.25,沿互聯往返的相移2*TD*f*360。

 

首先考慮一個非常低頻率的輸入正弦波。換句話說,它的波長非常長,比被測設備的長度長得多。這樣傳輸線時延導致的相位很小,從前埠反射回埠1的反射波和從埠2反射回埠1的幅度基本相等,但是相移相反,在埠1相互抵消,這樣進入埠1的淨反射信號為0,這時,S11很小,是一個很大的負值。沒有任何信號反射回埠1,則所有的信號都傳到了埠2,S21最大,接近0db

 

在低頻下,信號波長非常長, 遠長於DUT的長度,回波損耗將一直是很大的負dB值。只要是直通路徑,插入損耗將始終接近零dB。



我們提高輸入正弦波的頻率,當互連長度恰好是該頻率波長的四分之一。會發生什麼?傳輸線時延導致的相移是180度,半個周期,這時,從前埠反射回埠1的反射波和從埠2反射回埠1的反射波,相位相同,同相相加,S11最大。

 

當往返相移是180度時,返回埠2的二次反射波和第一次傳輸到埠2的入射波形,相位相差180,這樣會部分抵消,S21最小。


隨著頻率的增加,很快, 互連的長度將達到半個波長。反射信號有180度的相位差,而在傳輸中同相。我們得到最大的S21,最小的S11。


隨著頻率的增加,相位會在0-180度之間周期變化,從而是S11和S21在最大值和最小值之間周期變化。這樣就在在S11上產生了周期性的紋波。



這些波紋來自前端和後端的反射。當回波損耗大於負13db,我們才能在插入損耗中看到波動。

 

互連越長,往返延遲時間(2 x TD)越大,紋波谷底之間的頻率間隔(f)越短。 S11中的紋波幅度取決於互連阻抗與埠阻抗之差,埠阻抗和互連阻抗的差異越大,紋波的幅度就越大(負的dB值越小)。


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在第二部分中,我們將第一部分中介紹的理論應用於差分互連,研究如何解釋混合模式S參數和混合模式TDR響應, 研究差分和共模阻抗曲線,以及模式轉換和互連設計之間的關係。


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在第三部分中,我們將使用通道的S參數來仿真眼圖,研究互連如何影響S參數以及S參數如何影響眼圖,使用免費的WavePulser 40iX軟體,可以讀取S參數。此外,您還可以通過下載我們免費的MAUI Studio軟體分析眼圖和抖動


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