PCB设计---S参数简介

1万 · 2022-6-30 20:36

在我们的信号完整性仿真中，S参数是最常用的模型文件，可以通过PowerSI和HFSS 3D Layout来进行提取。以下是本人整理的关于S参数的简单介绍：

一、S参数简介

S参数对于仿真和信号完整性来说，可能是基础的仿真流程和知识。大家可能听过S参数、Z参数、Y参数等。S参数称为散射参数、Z参数称为阻抗参数、Y参数称为导纳参数。Y可能平常比较少用，Z参数一般用来查看电源的阻抗，S参数用来查看无源互连传输的一些信息。今天主要学习一下S参数的原理应用，以及提取S参数的仿真操作流程。
1.S参数定义
S参数中的S表示散射(scattering)的意思，它是一种行为模型，描述的是互连如何与一个标准的入射波相互作用。从S参数中可以看出许多的信息，包括传输线的阻抗、隔离度、耦合、信号的衰减等。S参数一般常用矩阵的形式来表示，比如两条传输线的话，就要用四个端口，那就是4X4矩阵。
2.四端口S参数定义
官方定义：
Sij代表入射波j端口注入，在其他端口街上参考匹配负载时，在i端口测得的传输波或反射波的和j端口的入射波的比值(i,j取值1、2、3、4等)。
下面用四端口来具体的量化一下，信号的传输方向如红色箭头所示。

我们定义P1为端口1、P2为端口2、P3为端口3、P4为端口4，端口1与端口2是一条传输线，端口3与端口4是一条传输线。以此为基础就有了如下定义：
S11：定义为从端口1反射出去的能量(反射波)与从端口1进入的能量(入射波)的比值。
S21：定义为从端口2输出的能量(传输波)与从端口1进入的能量(入射波)的比值。
S31：定义为从端口3测得输出的能量(传输波)与从端口1进入的能量(入射波)的比值。
S41：定义为从端口4测得输出的能量(传输波)与从端口1进入的能量(入射波)的比值。
S11称为反射损耗(回波损耗)、S21称为传输损耗(插入损耗)、S31称为近端串扰、S41称为远端串扰。

1万 · 2022-6-30 20:36

通常可能会有好多个端口，只要记住对于自己的端口S11\S22\S33\S44表示的是端口自己的反射波与入射波之比，对于一条传输线的两个端口S21\S43表示的是这条传输线的传输损耗，对于两条传输的一个端口和另外两个端口表示的是隔离度，也分为近端串扰和远端串扰。
对于这四个指标的要求，可能不同的产品有不同的要求。有的可能会根据这四个指标来优化走线，有的可能会提取S参数，当作一个模型去进行一个完整的电路仿真。
S11这个值越小越好，也就是反射越小，一般建议S11<0.1，即-20dB以下

S21这个值越大越好，也就是越小的传输损耗，理想值为1，即0dB，通常-3dB以上可以保证信号的质量。

S31和S41这两个值越小越好，也就是越小的串扰，一般是建议S31/S41<0.01，即在-40dB以下。

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