【導(dǎo)讀】S參數(shù)是SI工程師解決問(wèn)題的重要工具,對(duì)于一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的SI工程師來(lái)說(shuō),從一個(gè)S參數(shù)中可以看出通道中幾乎所有的特性(阻抗不匹配、stub、損耗、串?dāng)_等等),并且針對(duì)該特性對(duì)通道提出相應(yīng)的優(yōu)化方案??墒菍?duì)于許多硬件工程師來(lái)說(shuō),看到S參數(shù)的感受就不是這樣的了。“我這么高的信號(hào)速率,這么大的系統(tǒng),最后你就給了我兩條線然后告訴我這個(gè)通道pass還是fail,坑爹呢!”
到底是不是坑爹,讓我們來(lái)看看一條簡(jiǎn)單的線時(shí)如何描述我們的信號(hào)的。
假設(shè)我們的通道是就是一根傳輸線,這條傳輸線有兩個(gè)端口,分別是端口1與端口2,通常我們看到的S參數(shù)是一個(gè)這樣的圖:
這是一條S12插損曲線,他的橫軸是頻率,單位是XHz;縱軸是常數(shù),代表的是兩個(gè)電壓之間比值,是沒(méi)有單位的。端口2輸入幅值為B的信號(hào),在端口1會(huì)接收到幅值為A的信號(hào),則S21的縱軸就是A/B。
左右兩邊兩幅圖代表的是同一個(gè)東西,右邊是直接給出了A/B等于多少,而左邊是用dB來(lái)表示比例。由于是幅值的比,所以dB=20lg(A/B)。大家可以算一下看看左右兩邊是否是同一個(gè)東西,這里有幾個(gè)參考值,-1dB≈90%,-3dB≈70%。
還是用我們的在反射詳解中使用的那個(gè)由1GHz、3GHz、5GHz正弦波疊加而成的信號(hào)作為例子:
當(dāng)一個(gè)這樣的信號(hào)經(jīng)過(guò)上方演示的通道之后會(huì)變成什么樣子呢?
變成了這個(gè)樣子:
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我們將發(fā)送端波形與接收端波形同時(shí)做傅里葉變換,變成頻域曲線之后,如下圖:
可以看到,1GHz的頻域分量變成了0.608/0.641≈0.95,3GHz的頻域分量變成了0.194/0.214≈0.91,5GHz的頻域分量變成了0.111/0.124≈0.89。
再對(duì)應(yīng)我們通道的S參數(shù)看一下:
可以看到,每個(gè)頻域分量的衰減基本上與S參數(shù)是對(duì)應(yīng)的。不是完全相等的原因是因?yàn)槲覀冃盘?hào)上有多重反射的存在,而在S參數(shù)提取時(shí),是將反射給剔除掉了。
0101碼型的頻域分量只存在基頻與倍頻上,而隨機(jī)碼的頻域分量則存在于全頻段中。
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S參數(shù)這一條直線上的每一個(gè)點(diǎn),對(duì)應(yīng)的其實(shí)就是該頻率的正弦波通過(guò)這個(gè)通道之后的衰減程度。
從下面這張圖中我們可以更明顯的看出:
紅色是某發(fā)送端信號(hào)的頻譜,藍(lán)色曲線是通道的插損,藍(lán)色頻譜是接收端的頻譜,可以看到各個(gè)頻段的衰減比例跟插損是一一對(duì)應(yīng)的。而在有源眼圖中,發(fā)送端紅色的理想眼圖經(jīng)過(guò)一個(gè)如此差的通道后變成了三個(gè)眼睛的怪物。
在鏈路中,輸出芯片符合輸出的要求,接收芯片符合接收的要求,那我們就可以通過(guò)規(guī)定通道對(duì)于輸出信號(hào)各個(gè)頻點(diǎn)的衰減(也就是S參數(shù))來(lái)確定通道是否符合要求。