為什么S參數(shù)能夠評(píng)價(jià)POC電感呢

一前言

書(shū)接上回重磅--數(shù)字高清攝像頭POC電感方案，想必大家已經(jīng)對(duì)POC有個(gè)初步的了解，大家可能對(duì)文中提到的S參數(shù)指代的意思是什么？為什么S參數(shù)能夠評(píng)價(jià)POC電感的好壞不是很理解，今天就為大家介紹一下S參數(shù)。

二S參數(shù)

S參數(shù)是一種頻域模型，在頻域的每一個(gè)頻點(diǎn)都可以通過(guò)該頻點(diǎn)的S參數(shù)來(lái)得到入射信號(hào)和反射信號(hào)之間的一組關(guān)系。這種方法不關(guān)注網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)，無(wú)論網(wǎng)路內(nèi)部結(jié)構(gòu)是什么，只要網(wǎng)絡(luò)是線性不變的，就可以當(dāng)作“黑盒子”處理。不論哪個(gè)端口有入射信號(hào)進(jìn)入黑匣子，就能夠通過(guò)S參數(shù)得到這個(gè)黑匣子從各個(gè)端口散射出來(lái)的信號(hào)，S參數(shù)實(shí)際上正是散射參數(shù)（Scatter Parameters）的簡(jiǎn)稱。

三S11的含義

S11表示端口1出來(lái)的正弦信號(hào)和端口1進(jìn)入的正弦信號(hào)的比值。通常把他S11稱為回?fù)軗p耗（Return Loss）。S11反映的是互連結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體（黑盒子）的反射情況，這個(gè)反射是端口阻抗和“黑盒子”的輸入阻抗不匹配而產(chǎn)生的，不同頻率下“黑盒子”表現(xiàn)出來(lái)的輸入阻抗不同，因此反射量也不同，這就是S11所代表的真實(shí)信息。S11對(duì)于互連結(jié)構(gòu)的輸入阻抗非常敏感。

四S11提取特性阻抗

對(duì)于均勻傳輸線，輸入阻抗和傳輸線的特性阻抗之間存在如下關(guān)系：

其中，Z0表示傳輸線的特性阻抗，Zin_open表示傳輸線末端開(kāi)路時(shí)的輸入阻抗，Zout_short表示傳輸線末端短路時(shí)的輸入阻抗。因此，如果想得到傳輸線的特性阻抗，可以首先仿真得到開(kāi)路和短路情況下的S11，然后根據(jù)兩種情況下的S11分別求得兩種情況下的輸入阻抗，最后就能計(jì)算出傳輸線的特性阻抗。

這種方法在僅拿到傳輸線的S參數(shù)，但對(duì)傳輸線情況一無(wú)所知的情況下尤其有用。開(kāi)路和短路仿真結(jié)構(gòu)如下圖，開(kāi)路和短路情況下提取S11的參數(shù)，計(jì)算其特性阻抗。

五S21的含義

S21表示從端口2出來(lái)的正弦波和從端口1進(jìn)入的正弦波的比值。工程中通常把S21稱為插入損耗（Insertion Loss）。因此S21表示的時(shí)各個(gè)頻點(diǎn)的正弦信號(hào)傳輸?shù)交ミB結(jié)構(gòu)末端的情況。任何的互連結(jié)構(gòu)都會(huì)使其傳輸?shù)男盘?hào)產(chǎn)生損耗?；ミB結(jié)構(gòu)的損耗主要有以下幾種：

1. 電阻性損耗。

2. 介質(zhì)的極化損耗，通常稱為介質(zhì)損耗。

3. 信號(hào)反射引起的損耗。

4. 與鄰近傳輸線發(fā)生耦合而導(dǎo)致部分能量傳遞到鄰近傳輸線。

5. 輻射損耗。

線本身存在電阻，電流流過(guò)時(shí)會(huì)消耗能量并轉(zhuǎn)化為熱能，當(dāng)信號(hào)頻率升高，電流會(huì)趨于走線表面，而走線表面存在許多細(xì)小的突起，電流流過(guò)這些突起時(shí)，阻抗進(jìn)一步增加。交流電場(chǎng)使得介質(zhì)中的電偶極子極化方向不斷變化，這也需要消耗能量，并轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)掉了，這就是介質(zhì)損耗。

互連結(jié)構(gòu)中由于阻抗不連續(xù)使得部分能量反射回源端，未能到接收端，使得接收的能量損失，除了阻抗不連續(xù)外，如過(guò)孔殘樁諧振和腔體諧振引起的損失也可歸為信號(hào)反射損耗。

于相鄰傳輸線之間的耦合產(chǎn)生的串?dāng)_，串?dāng)_噪聲是信號(hào)損失并且耦合到鄰近線的部分能量。

看完以上內(nèi)容相信大家對(duì)S參數(shù)有了初步了解，對(duì)于POC電路來(lái)說(shuō)S參數(shù)是衡量其信號(hào)完整性以及電路可靠性的重要標(biāo)準(zhǔn)。以上內(nèi)容皆為小編個(gè)人觀點(diǎn)，如有不同見(jiàn)解，歡迎大家在評(píng)論區(qū)討論。

審核編輯：劉清