用s参数模拟验证信号完整性
关键的外卖
s参数仿真是一种小信号交流分析，给出给定偏置、温度和频率下射频电路的线性特性。
对于n端口的网络，s个参数的总数等于n2个。反射系数在阻抗匹配中很有用;传输系数表示电路中的耦合和串扰。
通过s参数仿真，可以设计和优化嵌入射频电路中负载侧阻抗匹配的匹配网络。通过阻抗匹配，实现了电路中的信号完整性。
调试内部电路以找到设备运行故障的根本原因需要技能和经验。
如今，更换有故障的设备已成为普遍做法，而不是花费精力和金钱进行漫长的维修。然而,故障排除操作失败是一项困难的工作。从工程师的角度来看，塑造一个用户友好的解决方案所涉及的工程水平是巨大的——甚至更难确定内部出了什么问题电路设计．
的信号的完整性复杂的内部电路对保证器件的可靠运行起着举足轻重的作用。内部电路之间的适当通信保持设备按目录所示运行。只要出现传播延迟，内部电路之间的相互作用就会失去兼容性，设备可能会误操作。电路在高频工作时，信号质量失真的几率相对较大。
“散射参数”“S参数”❳模拟，强调了电路在高频下的信号完整性。在高频率下，电压和电流分析不如s参数分析有效。s参数模拟将输入交流信号视为电磁“EM❳”或射频“RF❳”波，并定义信号如何在输入端反射并传输到电路的其他部分。对于从反射和传输方面表征RF电路，s参数比H、Z和Y参数更有效。
参数仿真
电路之间的大量互连增加了设备之间通信错误和延迟的可能性。信号中的延迟、失真和质量退化会影响电路的信号完整性。当工作频率从kHz到GHz时，电路量的行为更像功率波。用高频电压和电流对电路进行建模是不可行的。s参数仿真是表征高频复杂电路以保证其信号完整性的最合适的工具。
s参数模拟是一种交流模拟，它展示了器件在给定温度、偏置条件和输入信号下的小信号行为。利用s参数可以解释信号的衰减和放大。在这个模拟中，非线性元件被线性化，以提供电路在不同频率下的线性特性。
s参数的级联可以看作是s参数仿真的优点之一，特别是在复杂电路中。例如，可以分别模拟每个级联放大器的s参数，并且可以使用级联s参数来分析多级放大器的性能。
在s参数仿真中，将所考虑的电路转换为一个多端口网络。您不需要缩短并打开用于s参数计算的端口，这是确定H、Z和Y参数所遵循的过程。s参数很容易转换成H、Z和Y参数，这使得它在寻找寄生电抗对信号完整性的影响时很有用。
反射和透射系数
在s参数模拟中，用电磁波一次激发一个端口的n端口网络等效，并测量所有端口的EM能量。通常，s参数以矩阵形式表示，称为s矩阵，控制电路的线性方程的系数作为矩阵元素。对于n端口网络，s个参数构成一个n × n矩阵。如下所示:
s矩阵
矩阵的对角线元素，“i=j❳”表示反射系数，“ij❳”表示透射参数。反射能和透射能分别用反射系数和透射系数表示。任意元素Sij在s矩阵中量化了从输入端口' j '传输到输出端口' i '的电磁能量。
s参数是具有幅值和相位值的复数，且与频率相关。s参数wrt随频率的变化可以用两种方式绘制:
振幅与频率图和相位与频率图——振幅和相位的变化在两个不同的图中绘制。即使s参数是无量纲的量，振幅通常以dB表示。
史密斯图表-史密斯图表是常用的表示s参数的图表。圆的半径是s参数的振幅，相位角逆时针方向变化。
下图显示了在史密斯图表上标出的反射系数。反射系数1⦟0°表示一个完美的开路，信号被反射回输入端口，没有相位变化。
显示反射系数的史密斯图
与s参数相关的信号完整性
在构建射频电路时，我们的目的是将能量有效地从源传输到负载。要使电路无损，阻抗匹配是必不可少的。阻抗失配将一些能量反射回输入端口，而这种能量损失与频率有关。为了更好地了解能量损失，在将功率从源转发到负载时，总是提到反射能量。
射频电路中常用来表示能量损失的术语有:
回波损耗是正向功率和反射功率之间的差值。随着反射功率的减小，功率损耗的百分比也随之减小。对于无损系统，没有功率被反射回来，我们在前面提到的史密斯图中的0%反射。对于s参数，返损可由方程“1❳”求出
在年代ij表示反射系数。
电压驻波比，光荣电压❳为“向前波”+“反射波”的最大值与最小值之比❳。VSWR可表示为式(1)❳:
方程“1❳”和“2❳”中的反射系数，可以用源阻抗“自豪地Z”表示0❳，负载阻抗自豪Zl❳如下፦
当Z0完美matchesZl时，系统变为无损，VSWR取单位值。在反射功率为100%的电路中，驻波比值趋于无穷大。
返流损失与VSWR之间的关系可以用方程4❳表示
现在让我们连接信号完整性、阻抗匹配和s参数模拟之间的点。
如果您正在寻找射频电路中的信号完整性，则需要确保信号的传播没有任何散射或延迟。这种电路条件对应于阻抗匹配。将负载阻抗与源阻抗“Z”匹配，即可实现信号完整性0Z =l❳。输入和输出阻抗匹配可以很容易地通过反射系数来识别，而传输s参数存在耦合或串扰。
正如我们已经看到的，s参数如何连接到RF电路中的反射能量，在负载侧插入匹配阻抗网络可以创造奇迹。当匹配网络的等效阻抗与负载阻抗等于源阻抗的共轭时，信号反射回输入端口的概率为0%，电路的信号完整性最大。
如果您正在为射频电路设计匹配阻抗网络，则需要亲自使用射频分析和仿真工具。利用强者Allegro PCB DesignerCadence将确保您始终在正确的布局管理工具。如果你有最好的s参数仿真工具，你就不需要为阻抗匹配和优化开夜车。
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