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S参数应用 | 看通道串扰 | 计算通道的传输延时

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发表于 2017-11-24 09:01:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
作者:一博科技% {4 _# D  ?- n& e9 E7 q$ d1 `
, g3 V8 M' Z0 f1 A: O; ?' j- k
7 M6 @5 S: u' i9 R1 n1 i
上篇文章我们介绍了S参数的基本应用,了解了插损与回损的概念,但是S参数中所包含的通道信息远远不止这么多,我们可以通过S参数来评估通道的串扰情况,还可以粗略计算通道的传输延时,查看通道的阻抗一致性等等,这篇文章我们还是通过解答问题的形式来继续聊聊S参数在SI仿真中的应用。" l. `: B2 {! Q( S. T4 C$ A  Q

5 y3 ^- @- U1 c$ ^1、怎样从S参数中看出通道的串扰情况?
串扰指的是相邻信号线之间的电磁干扰,如下图所示的两个相邻信号通道,信号线之间的电磁能量会存在相互耦合的情况。
. i: T# `" Y& A6 M: n# E4 ?' B
# U& X9 `% K+ H2 H
图1

  n9 R! [/ l- Z6 O

- q/ X( ]1 E1 j4 N* A0 ]

  Q- t4 l" v# ?, {, A3 {3 o% y如上图所示,当port1与port2之间通信时,port3与port4端口处也会有电流产生,我们称耦合到port3处的能量为近端串扰(S31),耦合到port4处的能量为远端串扰(S41)。我们来做一个实验,如上图所示通道,使用仿真软件提取传输通道的S参数,改变两根传输线之间的耦合距离,S分别为1H,2H和3H(H表示的是信号到参考层之间的距离)。得到的近端串扰S13曲线如下:8 E' }. I; ^2 {
+ B2 h7 ^5 X* M' _. u8 O
图2
( {! v0 a7 \8 N( O
. r( |: v) J3 m/ Z2 t, k: U3 ~- _) C
5 `% \- X+ q% L/ W& i4 ]8 v+ T% H/ r
上图中,红色,蓝色,紫色分别代表两根线间距为1H,2H和3H时的近端串扰。这种串扰是用dB的形式表示的,我们将dB换算成百分比,如下:) \# L5 A4 m4 G6 k9 s+ @3 m6 L

+ @" ~6 D) O, t$ h) l4 q0 ]! |可以看到,随着间距的拉开,串扰逐渐变弱,当线间距达到3H的时候,串扰能量是很弱的,如果驱动端电压是1V的话,那么近端串扰感受到的电压幅值只有36mV。我们也可以在时域里面验证下,图1所示通道,在port1处引入一个幅值为1V的5GHz正弦波,改变两线之间的间距,在port3处得到的波形对比如下,其中红色正弦曲线为输入波形
; }/ @/ H7 k" S$ ~9 e

) B1 |. n8 g* W, G) i) Q1 U& {8 H; B  F
图3

1 }* Y& B; S+ m8 p: A' ~
& `0 p- Z  H( ~, R7 j( U' e

, M0 ?+ g9 ^; n1 q4 I3 C
可以看到,我们采用时域分析的方法得到的信号串扰幅值和频域提取的S参数得到的dB值是非常接近的。所以,只要得到了传输通道的S参数,我们就很容易看出通道的串扰情况。
2、怎样通过S参数得到通道的传输延时?
我们知道,S参数中除了包含通道的损耗信息外,还包含相位信息,下图为传输时延为1nS的单根传输线(2端口)的S12相位波形。
+ [9 m( K9 G( r6 ?# d
, I* b* p" R% |) G% b! j& m" t
图4

, v9 a' I8 u' ]4 \9 p
: ~. L5 D! `+ b3 M0 L6 I5 O% d0 P
如上图所示,通道的相位曲线是一系列的锯齿波,并且呈周期性变化(并不是严格的周期性变化)。要想理解其中的含义,我们首先需要理解相位差的概念。如下图:
. l, m0 A( L6 U" f# s* W
% A7 c% G9 i# [; e4 C
图5

% @- ^. C2 g* Y
当端口1的正弦波到达端口2时,由于互连结构的延时,两个正弦波之间会存在一个相位差。对于同一个传输通道,不同频率的正弦波对应的相位差不同,如下图,分别为0.25G,0.5G,1G正弦波对应的相位差, N, y" b9 t6 _

- n$ D6 t6 t6 n" x1 v* q8 d
图6

) b1 f8 o" c* g% V/ @  n
同样的通道,该通道的相位曲线如下图所示:! u3 L; W4 n: Y

/ n8 Z2 O$ V  N# u
图7
$ ]$ J9 P4 A$ y9 m6 j) {3 e
可见,S参数中的相位,与我们直接使用正弦波仿真得到的结果是一样的。当我们理解了相位曲线的含义后,就不难通过相位偏移来计算传输通道的延时了。一般使用以下公式来计算通道延时:
  Y- V) }  \4 p, W- d5 _7 J
! a* G2 u8 c! x
对于这个通道,我们代入公式,有:
9 O$ C0 v. Y) F2 ?3 b# a3 o
) a& W2 n9 M6 _$ k/ `( F
这样,我们就通过S参数的相位信息计算出了通道的延时。
* S' s+ [5 K1 y1 F
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发表于 2017-12-18 11:11:39 | 显示全部楼层
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好资料!!!谢谢分享!
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发表于 2018-12-9 03:14:30 | 显示全部楼层
新手,下载学习下!!
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发表于 2018-12-11 13:47:49 | 显示全部楼层
干货资料,值得一看,感谢楼主分享!
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发表于 2018-12-13 20:07:31 | 显示全部楼层
{author},默默的我下载了 感谢  
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发表于 2018-12-13 21:37:40 | 显示全部楼层
下载了,.....
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发表于 2018-12-15 21:32:22 | 显示全部楼层
论坛的资料都很经典,很有价值!不错
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发表于 2018-12-17 11:16:41 | 显示全部楼层
资料很丰富,正好需要,多向大家学习下
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发表于 2023-5-14 09:01:44 | 显示全部楼层
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