作者:一博科技% {4 _# D ?- n& e9 E7 q$ d1 `
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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。
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图1
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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 {
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图2 ( {! v0 a7 \8 N( O
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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
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) 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。
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图4
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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:
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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:
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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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