關(guān)于VNA測(cè)試得到S參數(shù)的原理解析

由于前段時(shí)間一直處于中等偏忙的狀態(tài)，直到最近才有機(jī)會(huì)在這里再露露面哈。說(shuō)說(shuō)到了S參數(shù)，大家會(huì)不會(huì)有一種感覺(jué)，覺(jué)得頻域這玩意并沒(méi)有時(shí)域那么直觀呢？舉一個(gè)簡(jiǎn)單的資料，我們做一些并行信號(hào)的仿真或者測(cè)試，例如很常見(jiàn)的DDR信號(hào)，大家會(huì)去關(guān)注頻域S參數(shù)嗎？無(wú)非就是看波形，眼圖，有問(wèn)題呢就考慮下端接電阻，調(diào)下ODT（其實(shí)也算是端接電阻，只是放在內(nèi)部而已）等等，為什么不關(guān)注頻域的S參數(shù)呢？原因可能有幾個(gè)，首先判斷好壞的標(biāo)準(zhǔn)都是時(shí)域的電平標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)涉及到頻域，另外是像這種一拖多的拓?fù)?，S參數(shù)的確看得會(huì)很亂而且意義不明確，另外也有人會(huì)覺(jué)得像并行信號(hào)1-2GHz看S參數(shù)都差異不大。正好最近本人對(duì)S參數(shù)有一些的積累和研究，所以也希望在這個(gè)話題和大家多多互動(dòng)和討論，讓大家都得到一些啟發(fā)。

首先我們S參數(shù)是怎么得到的？大家會(huì)說(shuō)，仿真和測(cè)試都可以得到啊。測(cè)試S參數(shù)我們常用VNA（網(wǎng)絡(luò)分析儀），如果問(wèn)大家VNA測(cè)試得到S參數(shù)的原理，大家知道嗎？？

看上面這個(gè)比較原理性的圖大家可能還是不懂，如果是下圖呢？會(huì)不會(huì)得到一點(diǎn)啟發(fā)？

這里涉及到了入射，反射和傳輸?shù)男盘?hào)，它們之間的比值就是得到反射和傳輸系數(shù)，這里看下面這個(gè)例子大家就清楚了。

因此當(dāng)我們看到一個(gè)鏈路的損耗時(shí)，其實(shí)我們可以用時(shí)域的方式去推導(dǎo)它。

假設(shè)我們分別發(fā)送1GHz、3GHz、5GHz的正弦波，幅度為峰峰值2V，那么會(huì)得到傳輸前后的波形如下，我們看到不同頻率下的正弦波傳輸?shù)牟ㄐ畏仁遣幌嗤摹?/p>

如果發(fā)送的不同頻率正弦波更多之后，我們會(huì)得到下面的入射傳輸波形：

然后我們用傳輸?shù)牟ㄐ伪壬先肷涞牟ㄐ?，就能到不同頻率正弦波的比值，幅度和dB表征分別如下：

然后我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，比完之后的Y1就是鏈路的損耗了。

那回?fù)p呢？稍微復(fù)雜一點(diǎn)，我們用一個(gè)不匹配的結(jié)構(gòu)來(lái)分析，如下：

根據(jù)VNA原理，回?fù)p應(yīng)該是反射波形和入射波形的比值，那會(huì)是S11=VIN/0.5*V1（結(jié)果如下圖）嗎？？顯然不是。

為什么不是這個(gè)公式呢？因?yàn)閂IN并不是單純的反射波形，它是入射和反射的疊加，因此真正的反射Vreflect=VIN-0.5*V1，所以S11=VIN-0.5*V1/0.5*V1，結(jié)果就正確了。

我們之所以用不同頻率的正弦波來(lái)發(fā)送來(lái)去反射和傳輸?shù)牟ㄐ?，是因?yàn)檎也l譜比較單一，1GHz的正弦波基本上所有能量都是1GHz，10GHz也基本只有10GHz的能量，所以我們認(rèn)為這樣就可以很清晰的分離出不同頻點(diǎn)的能量比值，不受其他頻點(diǎn)的干擾，VNA就是這樣的原理。

編輯：hfy