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神奇的S參數(shù):這條線是如何描述信號的?

發(fā)布時間:2015-03-19 來源:陳德恒 一博科技 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】S參數(shù)是SI工程師解決問題的重要工具,對于一個有經(jīng)驗的SI工程師來說,從一個S參數(shù)中可以看出通道中幾乎所有的特性(阻抗不匹配、stub、損耗、串?dāng)_等等),并且針對該特性對通道提出相應(yīng)的優(yōu)化方案。可是對于許多硬件工程師來說,看到S參數(shù)的感受就不是這樣的了。“我這么高的信號速率,這么大的系統(tǒng),最后你就給了我兩條線然后告訴我這個通道pass還是fail,坑爹呢!”
 
到底是不是坑爹,讓我們來看看一條簡單的線時如何描述我們的信號的。
 
假設(shè)我們的通道是就是一根傳輸線,這條傳輸線有兩個端口,分別是端口1與端口2,通常我們看到的S參數(shù)是一個這樣的圖:
S參數(shù)
這是一條S12插損曲線,他的橫軸是頻率,單位是XHz;縱軸是常數(shù),代表的是兩個電壓之間比值,是沒有單位的。端口2輸入幅值為B的信號,在端口1會接收到幅值為A的信號,則S21的縱軸就是A/B。
 
左右兩邊兩幅圖代表的是同一個東西,右邊是直接給出了A/B等于多少,而左邊是用dB來表示比例。由于是幅值的比,所以dB=20lg(A/B)。大家可以算一下看看左右兩邊是否是同一個東西,這里有幾個參考值,-1dB≈90%,-3dB≈70%。
 
還是用我們的在反射詳解中使用的那個由1GHz、3GHz、5GHz正弦波疊加而成的信號作為例子:
S參數(shù)
當(dāng)一個這樣的信號經(jīng)過上方演示的通道之后會變成什么樣子呢?
 
變成了這個樣子:
S參數(shù)
[page]

我們將發(fā)送端波形與接收端波形同時做傅里葉變換,變成頻域曲線之后,如下圖:
S參數(shù)
可以看到,1GHz的頻域分量變成了0.608/0.641≈0.95,3GHz的頻域分量變成了0.194/0.214≈0.91,5GHz的頻域分量變成了0.111/0.124≈0.89。
 
再對應(yīng)我們通道的S參數(shù)看一下:
S參數(shù)
可以看到,每個頻域分量的衰減基本上與S參數(shù)是對應(yīng)的。不是完全相等的原因是因為我們信號上有多重反射的存在,而在S參數(shù)提取時,是將反射給剔除掉了。
 
0101碼型的頻域分量只存在基頻與倍頻上,而隨機碼的頻域分量則存在于全頻段中。
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S參數(shù)這一條直線上的每一個點,對應(yīng)的其實就是該頻率的正弦波通過這個通道之后的衰減程度。
 
從下面這張圖中我們可以更明顯的看出:
S參數(shù)

S參數(shù)
紅色是某發(fā)送端信號的頻譜,藍(lán)色曲線是通道的插損,藍(lán)色頻譜是接收端的頻譜,可以看到各個頻段的衰減比例跟插損是一一對應(yīng)的。而在有源眼圖中,發(fā)送端紅色的理想眼圖經(jīng)過一個如此差的通道后變成了三個眼睛的怪物。
 
在鏈路中,輸出芯片符合輸出的要求,接收芯片符合接收的要求,那我們就可以通過規(guī)定通道對于輸出信號各個頻點的衰減(也就是S參數(shù))來確定通道是否符合要求。
 
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