S參數(shù)的模態(tài)轉(zhuǎn)換和三大特性

差分S參數(shù)還有還有一個特征：模態(tài)轉(zhuǎn)換。組成差分對的兩條傳輸線在互連時的任何不對稱都會引起模態(tài)轉(zhuǎn)換，這里的任何不對稱，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。

信號經(jīng)過不對稱處時，就會發(fā)生模態(tài)轉(zhuǎn)換。常見的就是共模信號轉(zhuǎn)差分信號，差分信號轉(zhuǎn)共模信號。如下圖框選處：

差分信號質(zhì)量

模態(tài)轉(zhuǎn)換第一個問題就是影響差分信號質(zhì)量。信號經(jīng)過不對稱處，一些共模信號轉(zhuǎn)換成差分信號，這些差分信號和原有數(shù)據(jù)不同步，造成原有差分信號的失真，增加誤碼率，影響信號質(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)換還會遇到差分信號幅度衰減的問題。下圖為完全對稱無錯位和有100ps的錯位兩種情況的仿真對比，100ps的錯位差分對的差分插入損耗會有下沖，發(fā)生在錯位達到1/2周期的時候。

除了上面的一些仿真可以說明模態(tài)轉(zhuǎn)換的問題，其實，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擾也一致，那么S13=S31，那么就不存在模態(tài)轉(zhuǎn)換。

如果差分對的兩條線周圍環(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，相互間的遠端串擾也一致，那么S23=S41，那么就不存在模態(tài)轉(zhuǎn)換。

三大特性

因果性

由于信號的傳輸會產(chǎn)生一定的時延，信號就應該時延之后到達。有激勵進入才會有輸出，響應不可能發(fā)生在激勵之前。通過檢查時域沖擊響應在小于零的時間里是否產(chǎn)生任何的響應，來確定S參數(shù)是否滿足因果性。

無源性

S參數(shù)表征的是線性時不變系統(tǒng)，通道是無源的，需要滿足能量守恒，對于二端口網(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)是矩陣對稱的，從通道的兩邊看進去，特性是一致的，也就是Sij=Sji。

小結(jié)

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

對于不符合要求的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)。