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如何快速处理S参数的几种方法

2020-12-14 15:20
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编者注:S参数应用范围越来越广!如果电子工程师不懂S参数,怎么选择物料?SI/PI工程师不懂S参数,何谈仿真和设计?EMC工程师不懂S参数,如何设计和解决EMC问题?RF工程师不懂S参数,也就不要玩啦!


            S参数被大量应用于高速电路和高频电路设计和仿真中。对于越来越高速的电子产品,以及不仅仅是信号完整性和电源完整性工程师需要了解S参数,对于电子工程师、测试工程师和EMC工程师等等都需要了解。

             如果看不懂S参数曲线,电子工程师可能都不知道如何选择物料。这并不是危言耸听,如下图所示为村田电子的两颗共模电感插入损耗曲线(S参数)对比,很显然在高频的时候衰减差异非常大:

image.png

如果在选择共模电感时,按传统的方式只是看封装大小以及阻抗,那么很容易造成设计上的问题。对于很多器件现在都会有S参数曲线(插入损耗、回波损耗曲线、串扰曲线等等)或者模型提供。不只是共模电感,对于电容、电感、连接器、线缆等等的器件也是一样。对于信号完整性和电源完整性工程师,S参数就更加的常见啦。信号网络传输线、电源平面等等都是使用的S参数来表示的。


S参数这么常见,今天就给大家分享几个在ADS仿真或者查看S参数的方法。

1、快速查看S参数的单端结果

         如果获取了一个S参数模型(snp),想在ADS中搭建一个S参数仿真电路,查看S参数各类单端的结果,有一个神器可以自动搭建电路图,如下图所示:

image.png

首先在原理图中放置需要查看的S参数snp,如果是4端口,就会有4个引脚,如下图:

image.png

然后在ADS的原理图的菜单栏上,选择Tools-->SnP Utilities-->Prepare device forSingle Ended Simulations,即可自动完成电路图的搭建。


2、快速查看S参数的差分结

        如果是想查看差分的结果,那么也可以使用相同的方式,在ADS原理图的菜单栏上选择Tools-->SnP Utilities-->Prepare device forDifferential Simulations,即可自动完成查看差分S参数电路图的搭建,如下图所示:

image.png

使用第1和第2中方式之后,工程师再也不用担心多端口S参数的连接啦。端口数越多,这两种方式越有优势。但是对于查看差分S参数的第2种方式,一定要保证S参数结构是标准的S参数排布方式,在ADS中,默认是奇数为入射端口,偶数为输出端口,如下所示:

image.png

3、查看S参数的混合模式

        在ADS中还有一个快速查看混合模式S参数的工具。在ADS原理图的工具栏上单击Check/ViewS-parameter按钮,如下图所示:


image.png

       在弹出的S参数查看器对话框中选择需要查看的S参数之后打开即如下图所示:

image.png

在对话框中选择Mixed Mode一栏,然后分别自定义差分对,再单击Calculate Mixed ModeData计算混合模式S参数,最后选择需要查看参数,如下图所示:

image.png

4、快速判断S参数的互易性和无源性

        如果需要了解S参数的互易性和无源性,同样可以在S参数查看器中直接查看,如下图所示:

image.png

互易性不满足判断要求,无源性基本满足判断要求,如果需要进一步查看是那些不满足可选择Reciprocal,查看不满足互易性的S参数,如下图所示:

image.png

选择Passive可以查看Passive的判断曲线,如下图所示:

image.png

 S参数的三大特性之一的因果性,也可以通过在ADS中搭建电路图仿真进行检查:

image.png

5、多个S参数合并为一个S参数

       传统的网络分析仪最多只能有4个端口,所以测试得到的S参数也只能是4端口的,也就是最多一次只能测试一对差分对(不过现在有多端口网络分析仪PXI可以解决多端口网络的测试),对于高速电路仿真而言,如果需要考虑传输线之间的串扰,传统网络分析仪测试得到的S参数就不能直接使用,但是可以通过工具进一步的合成处理,这样就能考虑到串扰的影响啦。在ADS中的原理图工具栏上选择TouchstoneCombiner,在弹出的对话框中选择需要合成的各个S参数即可合成考虑串扰的S参数,如下图所示:


image.png

在ADS中还有很多与S参数仿真相关内容,比如通过Momentum和SIPro/PIPro仿真提取S参数,通过S参数转换TDR等等应用。对于以上内容还有问题的,也可以留言进一步的沟通交流。

本文来源公众号:信号完整性   作者:蒋修国


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郑振宇

郑振宇,凡亿教育创始人,PCB联盟网论坛创始人,Altium原厂特邀讲师。擅长领域:X86,工控类,军工类,通讯类,消费类等高难度产品的pcb设计,长期致力于Altium Designer高速PCB设计软件的应用,对高速互联、高速DDR3\DDR4\EMI\emc\SI\PI等PCB处理技巧有足够的实战经验。著作有《altium designer 17电子设计速成实战宝典》等多本书籍

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