S參數(shù)的模態(tài)轉(zhuǎn)換和三大特性

差分S參數(shù)還有還有一個(gè)特征：模態(tài)轉(zhuǎn)換。組成差分對(duì)的兩條傳輸線在互連時(shí)的任何不對(duì)稱都會(huì)引起模態(tài)轉(zhuǎn)換，這里的任何不對(duì)稱，可能是互連的長度不同，可能是兩條傳輸線各自周圍的介電常數(shù)不同，出線區(qū)域的線寬不同等等。

信號(hào)經(jīng)過不對(duì)稱處時(shí)，就會(huì)發(fā)生模態(tài)轉(zhuǎn)換。常見的就是共模信號(hào)轉(zhuǎn)差分信號(hào)，差分信號(hào)轉(zhuǎn)共模信號(hào)。如下圖框選處：

差分信號(hào)質(zhì)量

模態(tài)轉(zhuǎn)換第一個(gè)問題就是影響差分信號(hào)質(zhì)量。信號(hào)經(jīng)過不對(duì)稱處，一些共模信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)，這些差分信號(hào)和原有數(shù)據(jù)不同步，造成原有差分信號(hào)的失真，增加誤碼率，影響信號(hào)質(zhì)量。下圖為相關(guān)電路和仿真波形：

幅度衰減問題

模態(tài)轉(zhuǎn)換還會(huì)遇到差分信號(hào)幅度衰減的問題。下圖為完全對(duì)稱無錯(cuò)位和有100ps的錯(cuò)位兩種情況的仿真對(duì)比，100ps的錯(cuò)位差分對(duì)的差分插入損耗會(huì)有下沖，發(fā)生在錯(cuò)位達(dá)到1/2周期的時(shí)候。

除了上面的一些仿真可以說明模態(tài)轉(zhuǎn)換的問題，其實(shí)，從單端和差分S參數(shù)之間的公式也可以說明：影響模態(tài)轉(zhuǎn)換的相關(guān)因素。

如果差分對(duì)的兩條線阻抗匹配一致，也就是沒有反射，那么S11=S33，如果兩條線相互間的近端串?dāng)_也一致，那么S13=S31，那么就不存在模態(tài)轉(zhuǎn)換。

如果差分對(duì)的兩條線周圍環(huán)境一樣，也就是損耗一致，那么S21=S43，如果兩條線都是在內(nèi)層，相互間的遠(yuǎn)端串?dāng)_也一致，那么S23=S41，那么就不存在模態(tài)轉(zhuǎn)換。

三大特性

因果性

由于信號(hào)的傳輸會(huì)產(chǎn)生一定的時(shí)延，信號(hào)就應(yīng)該時(shí)延之后到達(dá)。有激勵(lì)進(jìn)入才會(huì)有輸出，響應(yīng)不可能發(fā)生在激勵(lì)之前。通過檢查時(shí)域沖擊響應(yīng)在小于零的時(shí)間里是否產(chǎn)生任何的響應(yīng)，來確定S參數(shù)是否滿足因果性。

無源性

S參數(shù)表征的是線性時(shí)不變系統(tǒng)，通道是無源的，需要滿足能量守恒，對(duì)于二端口網(wǎng)絡(luò)來說，相關(guān)關(guān)系公式如下

也就是說能量總和不會(huì)大于1，也就是0dB，如果超過0dB，那就說明S參數(shù)無源性有問題。

互易性

通道的端口可以隨意設(shè)置，也可以交換使用，S參數(shù)是矩陣對(duì)稱的，從通道的兩邊看進(jìn)去，特性是一致的，也就是Sij=Sji。

小結(jié)

在使用無源S參數(shù)進(jìn)行相關(guān)仿真，需要對(duì)S參數(shù)進(jìn)行檢查，確保其滿足相關(guān)特性要求。S參數(shù)的不準(zhǔn)確會(huì)造成仿真不收斂或者是仿真的結(jié)果明顯不符合要求。

對(duì)于不符合要求的S參數(shù)，一般的做法是重新調(diào)整網(wǎng)格劃分和收斂值，重新提取S參數(shù)。