原创 S参数的应用|从S参数看通道阻抗匹配 | 理解插入损耗

2017-6-20 18:07 1473 11 11 分类: PCB

S参数的全称为Scatter 参数,即散射参数。S参数描述了传输通道的频域特性,在进行串行链路SI分析的时候,获得通道的准确S参数是一个很重要的环节,通过S参数,我们能看到传输通道的几乎全部特性。信号完整性关注的大部分问题,例如信号的反射,串扰,损耗,都可以从S参数中找到有用的信息。网上有很多介绍S参数基本概念的资料,我在这里就不多浪费笔墨了,这篇文章我只是从实际应用的角度来讨论下S参数。


问题1:怎样从S参数中看出通道的阻抗匹配程度?


这里的匹配指的是端口阻抗与传输线阻抗之间的匹配,因为常规单根线的阻抗一般控50ohm,差分线的阻抗控制为100ohm,所以我们在提取通道S参数的时候,习惯将端口阻抗设置为单根50ohm,差分100ohm。


由S参数的定义,回波损耗S11或者S22表示能量的反射情况,下面我们来看看,当端口阻抗被定义为50ohm,传输线阻抗变化时,回波损耗的变化。如下图:

8-gscx-01


由上图我们可以看出,传输线阻抗与端口阻抗越接近,回波损耗越小,当传输线阻抗完全等于端口阻抗的时候,几乎没有能量反射。以上仅仅是理想的传输线,通常的传输链路中会包含过孔,连接器等阻抗不连续的因素,这些阻抗不连续程度都会反映在S参数的回损曲线中。


问题2:S参数中的插入损耗怎么理解?


S参数是频域参数,在插损曲线中,横坐标表示的是正弦波的频率,纵坐标表示的是正弦波穿过通道后的电压幅值与发送端电压幅值的比值并取对数。

8-gscx-02


如上图所示,这条插损曲线是普通FR4板材下,10inch传输线的插损曲线。可以看出在5G的时候,接收与输入的比值为-8.35dB,10G的时候是-15.455dB,换算成幅度,分别是0.382和0.167,也就是说如果输入端正弦波的幅值为1V,则接收端5G正弦波的幅值为382mV,10G正弦波的幅值为167mV,我们来验证下,5GHz正弦波的输入与输出波形对比如下:

8-gscx-03


10GHz的正弦波输入与输出的波形对比如下:

8-gscx-04


感兴趣的朋友们可以根据上图中的数据自己计算下,实际仿真出的正弦波幅度与插损曲线中对应频率下的幅度基本是一致的,有一点点误差,原因是通道阻抗没有做到完全匹配。


我们可以看到,随着频率的提高,正弦信号的幅值损失越来越严重。但是我们通常关注的是数字信号,那么可以直接从插损曲线中看出数字信号幅度的损失吗?当然是不可以的。前面的文章也多次提到了通道对数字信号的影响主要是使波形的上升沿变缓,注意这里是上升沿变缓!并不是像正弦波一样,直接表现出幅值的损失。而且常规的数字信号也不会像正弦波信号那样整齐,所以通道对数字信号的影响要比对正弦信号的影响复杂得多,后期的文章会和大家一起讨论这方面的问题。


文章评论0条评论)

登录后参与讨论
相关推荐阅读
一博科技 2023-02-27 18:10
探究电阻布局对端接效果的影响
作者:一博科技高速先生成员  孙小兵端接就是人为加入电阻来改善信号由于链路阻抗突变带来的反射问题的一种方式,并且引入成本也较低,在很多场合都有运用。但是端接电阻摆放位置一直困惑大家,或许大家...
一博科技 2023-02-20 17:04
电源大事,阻抗二字
作者:一博科技高速先生成员  姜杰PCB设计时,我们通常会控制走线的特征阻抗;电源设计时,又会关注电源分配系统(PDN)的交流阻抗,虽然都是阻抗,一个是信号的通道要求,一个是电源的设计要求,...
一博科技 2023-02-13 15:56
都说高速信号过孔尽量少,高速先生却说有时候多点反而好?
作者:一博科技高速先生成员  黄刚过孔在高速领域可谓让硬件工程师,PCB设计工程师甚至仿真工程师都闻风丧胆,首先是因为它的阻抗没法像传输线一样,通过一些阻抗计算软件来得到,一般来说只能通过3...
一博科技 2023-02-08 09:50
板厂阻抗控制5%为什么那么难?这个因素就可能把误差占满了!
作者:一博科技高速先生成员  黄刚应该有不少的粉丝们对PCB加工工艺有所了解,从PCB设计完成发到工厂把PCB板加工出来,完成贴片是一个很“漫长”的流程,中间可能需要经历几十道工序。大家都知...
一博科技 2023-02-02 14:33
DDR调试不通?先别扔,这个操作可能帮你逆袭!
作者:一博科技高速先生成员 黄刚相信大家过完一个美美的春节后,学习的热情一定会暴涨,反正高速先生给大家分享技术文章的热情是非常高涨的哈!打从推出这个系列的仿真和理论相结合的话题后,文章受到了很多忠实粉...
一博科技 2023-01-10 13:52
“一秒”读懂串扰对信号传输时延的影响
作者:一博科技高速先生成员  刘春在前几期的文章“为什么DDR走线要走同组同层?”中,我们了解了信号在传输线上的传输速度以及微带线与带状线传输的时延差异。同时也有很多热情的网友对影响传输线时...
我要评论
0
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
关闭 热点推荐上一条 /4 下一条