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凡亿专栏 | 如何利用S参数来描述PCB串扰?
如何利用S参数来描述PCB串扰?

S参数,即散射参数,是微波传输中的一个重要参数。它描述了传输通道的频域特性,通过S参数,可以看到传输通道的全部特性,如信号的反射、串扰、损耗等。S参数矩阵中的每个参量都是正弦信号从互连系统中某一端口输出和另一端口输入之间的比较。

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1、定义串扰

串扰是PCB上两条传输线在传输过程中产生的耦合现象。当给某个传输线的一端输入信号时,该信号的一部分会出现在相邻传输线上,即使它们之间没有任何连接。这种通过周边电磁场相互耦合产生的噪声就是串扰。

2、S参数与串扰的关系

S参数矩阵:在传输线结构中,S参数矩阵中的某些参量表示的就是传输线到传输线之间串扰的直接测量结果。例如,S21表示端口2输出和端口1输入之间的比例,即正向传输系数;S12表示端口1到端口2的反向传输系数。

近端串扰与远端串扰:根据S参数标识,S31表示被干扰传输线靠近干扰源端的噪声,即近端串扰;S41表示在受干扰传输线的远端测量到的噪声,即远端串扰。

3、测量串扰

为了测量串扰,可以设计一个由多条耦合的传输线组成的待测物(DUT)。通过测量不同端口之间的S参数,可以得到串扰的具体数值。例如,紧耦合的微波带传输线近端噪声峰值可以达到-13dB,远端噪声峰值可以达到-4dB。

4、差分对中的串扰

在高速数字应用中,差分对(差分信号)常用于减少串扰。S参数可以延伸为包括干扰源和受干扰对象的差模信号和共模信号的通道之间串扰的各种组合。例如,SDD31表示差模到差模信号之间的近端串扰,SDD41表示差模到差模信号之间的远端串扰。

5、利用S参数进行仿真分析

工程师可以通过仿真软件,利用已知的S参数对PCB进行仿真分析。通过仿真,可以预测不同频率下的串扰情况,从而优化PCB设计,减少串扰对系统性能的影响。


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