SPARQ系列述評之五 ―― 關(guān)于S參數(shù)(下)
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用混合模式S參數(shù)表示兩端口差分系統(tǒng)的輸出和輸入之間的關(guān)系式如下：bd1表示1端口的差分輸出，ad1表示1端口的差分輸入。
五，S參數(shù)的測量方法
圖十二是VNA的原理框圖，主要包括以下部分: （1）激勵信號源：提供感興趣的頻率范圍內(nèi)的入射信號；（2）信號分離裝置：含功分器和定向耦合器，分離出入射，反射和傳輸信號；（3）接收機：對被測件的入射，反射和傳輸信號進行測試；（4）處理顯示單元：對測試結(jié)果進行處理和顯示。
圖十二VNA的原理框圖
VNA的測量過程中會產(chǎn)生六大系統(tǒng)誤差：（1）與信號泄露相關(guān)的方向誤差;(2)與信號泄露相關(guān)的串?dāng)_誤差; (3)與反射相關(guān)的源失配;（4）與反射相關(guān)的負(fù)載阻抗失配; (5)由測試接收機內(nèi)部的反射引起的頻率響應(yīng)誤差; (6)由測試接收機內(nèi)部的傳輸跟蹤引起的頻率響應(yīng)誤差。因此在使用前需要進行嚴(yán)格的校準(zhǔn)。正確的校準(zhǔn)是使用VNA的一個難點。 VNA測量出來的S參數(shù)是否有錯誤并不能通過VNA直接能檢查出來，只有導(dǎo)入仿真軟件仿真出結(jié)果發(fā)現(xiàn)有問題時可能會懷疑是S參數(shù)測量有問題,再返回來檢查 VNA校準(zhǔn)，VNA測量時的操作有沒有錯誤。但SPARQ由于有時域分析能力，可以立即查看當(dāng)前測量出的S參數(shù)的時域響應(yīng)是否合理。
理論上來說, 任何信號在時域和頻域上是一一對應(yīng)的，而且是可以相互轉(zhuǎn)換的。這為基于階躍響應(yīng)的時域TDR/TDT方法測量S參數(shù)提供了可能。圖十三表示采用TDR /TDT方法測量S21，S12的原理。ST-20是力科公司采樣示波器件WE100H上的TDR模塊,可以產(chǎn)生ps級的快沿并可作為20GHz帶寬的采 樣頭。假設(shè)Channe2為端口1，Channle3為端口2，Channel 1產(chǎn)生快沿信號作為入射波經(jīng)過PCB走線后由Channel3接收該信號。入射的快沿信號和采樣到的信號都可經(jīng)過FFT變換分解成從一定頻率范圍的信號， 經(jīng)過計算得到頻域的S參數(shù)。
圖十三基于TDR/TDT方法測量S參數(shù)
其實在談到VNA和TDR兩種方法測量S參數(shù)的區(qū)別時，我們會自然聯(lián)系到示波器的前端頻率響應(yīng)曲線的測量方法。 我們可以通過傳統(tǒng)的掃頻描點的方法（調(diào)節(jié)正弦波信號源的頻率，然后分別測量不同頻率時示波器測量到的峰峰值）來測量頻響曲線，但也可以通過快沿信號輸入到示波器,對采樣到的快沿信號做FFT的方法來快速簡便地測量頻響曲線。 這兩種方法測量示波器頻響曲線的原理上的區(qū)別和測量S參數(shù)的兩種方法的區(qū)別是一個道理。
近些年來三個儀器廠商基于TDR 原理測量S參數(shù)的實踐證明了兩種測量方法的符合度非常高，如圖十四所示為兩種方法測量的S參數(shù)的結(jié)果對比。但基于TDR的方法存在有動態(tài)范圍不太高的缺 點。SPARQ測量S參數(shù)源于TDR的原理，但通過專利算法在提高動態(tài)范圍上獲得突破，而且在一鍵操作實現(xiàn)自動化校準(zhǔn)方面的創(chuàng)新，具備時域分析能力和S參 數(shù)文件可以直接被SI仿真軟件調(diào)用等特點使得SPARQ成為信號完整性工程師測量S參數(shù)的首選儀器。
圖十四VNA和TDR方法測量的S參數(shù)一致性很好
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