S參數到底是什麼？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）信號的直接採樣，於是在許多狀況下均無需進行混頻，同時也提升了系統的靈活性和功能。

傳統上，ADC信號和時鐘輸入都採用集總元件模型來表示。可是對於RF採樣轉換器而言，其工做頻率已經增長至須要採用分佈式表示的程度，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，說明如何將散射參數（也稱爲S參數）應用於直接射頻採樣結構的設計。

起決定性做用的S參數
S參數就是創建在入射微波與反射微波關係基礎上的網絡參數。它對於電路設計很是有用，由於能夠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。並且因爲能夠用矢量網絡分析儀（VNA）直接測量S參數，所以無需知曉網絡的具體細節。

圖1所示的是一個雙端口網絡的例子，其入射波量爲ax，反射波量爲bx，其中x是端口。在該討論中，咱們假設被測器件是線性網絡，所以適合採用疊加法。

圖1：雙端口網絡波量

一般狀況下，在測量全部端口上的反射波時，VNA一次只刺激一個端口（經過將入射波推到該端口）。並且所測量的這些波量是很是複雜的，由於每一個波量都有相應的振幅和相位。所以，這個過程須要針對每一個測試頻率下的每一個端口不斷重複。

對於雙端口器件，咱們能夠從測量數據中造成四個有意義的比率。這些比率一般用sij表示，其中i表示反射端口，而j表示入射端口。正如上文提到的，假設一次只刺激一個端口，那麼其餘端口的入射波爲零（用系統的特性阻抗Z0來表示終止）。

方程式1至4適用於四個雙端口S參數。S11 and S22 分別表示端口1和端口2的復阻抗。S21表示傳輸特性，端口1爲輸入，端口2爲輸出（S12 與之相同，但端口2爲輸入，端口1爲輸出）。

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（端口1爲輸入，端口2爲輸出），能夠用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。數據轉換器也是一種單向器件，但其端口2一般爲數字輸出，這對測量和解讀都會產生必定的影響。

將S參數擴展到多端口器件和差分器件
能夠將S參數框架擴展到任意數量的端口，有意義的參數數量爲2N，其中N表示端口數量。許多集成電路因爲振盪和共模抑制能力加強而具備差分輸入和輸出。射頻採樣ADC（如TI的ADC12DJ5200RF）一般具備差分射頻輸入和差分時鐘輸入。咱們還能夠進一步擴展S參數框架，以支持差分端口。

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使用超高速ADC以知足將來測試和測量應用的需求

如圖2所示，對於差分端口來講，咱們必須區分共模波和差模波。兩種模式具備相同的入射振幅，但差模入射波具備180度的相移，而共模入射波具備相同的相位。

圖2：差模波和共模波

對於端口之間沒有反饋的線性器件來講，能夠採用疊加法，根據單端S參數測量（在任何給定時間內，只有一個端口具備處於活動狀態的入射波）來計算出差共混合模式S參數。現代高性能VNA還支持用差模或共模波同時刺激兩個端口。

測量數據轉換器S參數所面臨的挑戰 數據轉換器的半模擬半數字特性給測量S參數帶來了挑戰。VNA不能直接與數據轉換器的數字總線相鏈接，所以須要採用專門的方法來進行測量。