S引數究竟是什麼？學電子的，射頻的工程師必看

現代高速模數轉換器（adc）已經實現了射頻（rf）訊號的直接取樣，因而在許多情況下均無需進行混頻，同時也提高了系統的靈活性和功能。

傳統上，adc訊號和時鐘輸入都採用集總元件模型來表示。但是對於rf取樣轉換器而言，其工作頻率已經增加至需要採用分布式表示的程度，那麼原有的方法就不適用了。

本系列文章將從三個部分入手，說明如何將散射引數（也稱為s引數）應用於直接射頻取樣結構的設計。

起決定性作用的s引數

s引數就是建立在入射微波與反射微波關係基礎上的網路引數。它對於電路設計非常有用，因為可以利用入射波與反射波的比率來計算諸如輸入阻抗、頻率響應和隔離等指標。而且由於可以用向量網路分析儀（vna）直接測量s引數，因此無需知曉網路的具體細節。

圖1所示的是乙個雙埠網路的例子，其入射波量為ax，反射波量為bx，其中x是埠。在該討論中，我們假設被測器件是線性網路，因此適合採用疊加法。

圖1：雙埠網路波量

通常情況下，在測量所有埠上的反射波時，vna一次只刺激乙個埠（通過將入射波推到該埠）。而且所測量的這些波量是非常複雜的，因為每個波量都有相應的振幅和相位。因此，這個過程需要針對每個測試頻率下的每個埠不斷重複。

對於雙埠器件，我們可以從測量資料中形成四個有意義的比率。這些比率通常用sij表示，其中i表示反射埠，而j表示入射埠。正如上文提到的，假設一次只刺激乙個埠，那麼其他埠的入射波為零（用系統的特性阻抗z0來表示終止）。

方程式1至4適用於四個雙埠s引數。s11 and s22 分別表示埠1和埠2的復阻抗。s21表示傳輸特性，埠1為輸入，埠2為輸出（s12 與之相同，但埠2為輸入，埠1為輸出）。

s11 = b1/a1，a2 = 0 (1)

s21 = b2/a1，a2 = 0 (2)

s12 = b1/a2，a1 = 0 (3)

s22 = b2/a2，a1 = 0 (4)

對於單向器件而言，如放大器（埠1為輸入，埠2為輸出），可以用s11表示輸入阻抗，用s21表示頻率響應，用s12表示反向隔離，用s22表示輸出阻抗。資料轉換器也是一種單向器件，但其埠2通常為數字輸出，這對測量和解讀都會產生一定的影響。

將s引數擴充套件到多埠器件和差分器件

可以將s引數框架擴充套件到任意數量的埠，有意義的引數數量為2n，其中n表示埠數量。許多積體電路由於振盪和共模抑制能力增強而具有差分輸入和輸出。射頻取樣adc（如ti的adc12dj5200rf）通常具有差分射頻輸入和差分時鐘輸入。我們還可以進一步擴充套件s引數框架，以支援差分埠。

為滿足嚴苛的應用要求而設計？

使用超高速adc以滿足未來測試和測量應用的需求

如圖2所示，對於差分埠來說，我們必須區分共模波和差模波。兩種模式具有相同的入射振幅，但差模入射波具有180度的相移，而共模入射波具有相同的相位。

圖2：差模波和共模波

對於埠之間沒有反饋的線性器件來說，可以採用疊加法，根據單端s引數測量（在任何給定時間內，只有乙個埠具有處於活動狀態的入射波）來計算出差共混合模式s引數。現代高效能vna還支援用差模或共模波同時刺激兩個埠。

測量資料轉換器s引數所面臨的挑戰

資料轉換器的半模擬半數字特性給測量s引數帶來了挑戰。vna不能直接與資料轉換器的數字匯流排相連線，因此需要採用專門的方法來進行測量。