射频工程师必读：S参数详解

igner内看到跟HFSS的S参数 同样结果，可从以下设定[Tools] \ [Options] \ [Circuit Options]，un-check [Use circuit S-parameter definition]。

请注意：这只是S参数埠端定义的不同，结果 都是对的，所以不管哪一种定义下，如果转到Y或Z参数(或是从Designer透过dynamic link HFSS)去看，其值是一样的。

7.2 Touchstone file (.snp)跟S-parameter是什么关系?

Ans：Touchstone file (.snp)是基于每个频点的S参数，所定义的一种频域模型，其格式如下所示：

7.3 为何端口阻抗会影响S参数，但不影响Z参数(Z11)?

Ans：Z11=Vi/Iin与埠端阻抗无关。

7.4 除了靠软件，还有其他方法检查Passivity、Causality吗?

Ans：如图所示，透过观察TDR\NEXT\FEXT是否在T=0之前有响应。

7.5 史密斯图(Smith Chart)与Causality、Passivity是否有关联性?

Ans：有的

7.5.1 满足Causality与Passivity传输线的史密斯图，会呈现以顺时针方向往中心螺旋收敛的曲线。

 

 

将线长从10mm拉长一倍到20mm，发现越长的线，其Smith Chart中随频率增加而顺时针向中心旋转收敛的步幅也会增加。

把介质loss tangent从0.02改0.06，发现Smith Chart中随频率增加而顺时针向中心旋转的收敛会加快。顺时针向中心旋转与lossy有关。

7.5.2 满足Causality但a bit violate Passivity传输线的史密斯图，会出现部份频段贴合，没有往中心 旋转收敛。

 

 

近几年的HFSS性能一直提升，想要用简单的例子搞出non-passivity还不太容易。本例是四条传输线(.s8p)，故意 降低mesh performance(放大error percentage=0.1%)，低频DC~0.1GHz刻意不求解，并且使用lossless介质。

7.5.3 non-causality and non-passivity的史密斯图，相对于n*n matrix中不同矩阵区块内的violate程度，曲线可能会折弯 (低频violate passivity严重，在Smith Chart也看到低频曲线有不规则的折弯)，或是不往中心收敛

 

 

笔者还看不到HFSS产生的non-causal S参数的Smith Chart会逆时针旋转，或其时域响应提前发生的现象 。但可以用Designer内的de-embedded功能产生逆时针旋转的Smith Chart。

8、Reference

[1] Chapter1 -- 宜兰大学, 邱建文教授

[2] In-Situ De-embedding (ISD) p.6~8 from AtaiTec Corp. (推荐) 

[3] Power Integrity for I/O Interfaces: With Signal Integrity/ Power Integrity

In a passive high-speed channel, the speedy way to check for causality is to examine the S-parameter Smith Chart. If the data rotate clockwise, it has positive group delay; implying it to be causal. On the other hand, if the data rotates counterclockwise, this implies it is noncausal.

[4] 一篇利用Smith Chart补偿Passivity与Causality的专利技术

Smith Chart can be used to monitor the passivity and causality of networks under study. For instance, Foster's reaction theorem dictates a general motion in the clockwise direction with frequency for the parameters of an arbitrary network.

[5] touchstone spec. 2.0

[6] TS1.0 and TS2.0 (推荐)

[7] Converting S-Parameters from 50Ω to 75Ω Impedance

[8] Scattering Parameters：Concept, Theory, and Applications

[9] RF Matching Design

[10] Why have non-causality (推荐)