S参数哪个频段最影响TDR阻抗

来源:一博自媒体 时间:2017-11-6 类别:微信自媒体

文 | 黄刚   微信公众号ID:高速先生

从前面的文章说过,S参数和TDR阻抗可以在频域和时域之间转换,阻抗的不匹配反映在S参数(回损)上一般会表现为周期性的谐振,通常情况下如果看到像之前说过的S参数有这种周期性的谐振时我们可以大致认为阻抗是不连续的,而且S参数的幅度也能大致表征阻抗不连续的程度。然而我们高速团队经常会遇到一些比较诡异的现象,用常规的理论很难去解释,现在就给大家分享一个例子哈。

我们测试一根50欧姆设计,长度2inch传输线的时候,发现了阻抗测试得不对,如下所示,一看超过了55欧姆,不满足10%的公差,第一反应就是觉得PCB板厂加工阻抗控制有问题。

 
拿出这根线的S参数一看,也好像没太大的问题,就是觉得蓝色框框的地方有点奇怪,插损有个小的尖峰跌落,回损对应的频段也有个向上的尖峰。
 
和板厂几次确认后,也认为PCB板厂对这种线宽正常的加工不会有那么大的偏差。那么,只能从S参数上去找原因了。像上图插损在某个频点有跌落的情况,说明这个频段的能量缺失了,肯定会对时域的TDR有或多或少的影响,因此我们在仿真中去验证不同频段能量缺失对TDR阻抗到底有多大影响。

我们仿真一根55欧姆的理想传输线,仿真得到的阻抗肯定就是55欧姆。 
这时它的回损和插损如下:因此是理想无损耗传输线,因此回损和插损都周期性波形。而且在任何频段都没有尖峰的异常出现。
 
我们人为的在不同频段加入这个尖峰后,可以看到S参数和TDR的变化如下:

当尖峰出现在6GHz多的时候,S参数和TDR如下:有轻微的振荡,波动不大。
 
 
当尖峰出现在1.7GHz处时,TDR的波动变大了。

 
当尖峰往更低频走,在150MHz时,TDR完全不止是振荡,看起来幅度都发生变化了。
 
 
这个就和我们前面的测试结果很像了。我们在仿真中还是用同样理想的传输线,只是加入了一些容性和感性的东西在链路中,使它发生在不同频段的谐振效应,然后呈现出来的结果是,S参数不同频段的能量缺失对TDR有不同的影响,如果只是比较高频能力的缺失,只会影响TDR的振荡,但是如果是低频能量的缺失,会对TDR的幅度都产生影响。

原理就是高频的能量反映在时域上就是稳定电平后的纹波,但是低频能量更多是反映在TDR的上升沿甚至是稳定的电平中,因此如果一个TDR的上升沿甚至稳定电平的幅度都变了,那么打出来的TDR肯定与原先会有很大的不同。

所以这个测试例子出现问题的原因很可能测试的问题,可能是测试线缆引入的容性或感性的因素造成的,而并不是本身加工没控制好导致。当然如果我们传输线链路中由于设计不好引入这些因素也有可能出现谐振尖峰的问题,例如跨分割,回流路径处理不好,包括常见的过孔stub等等,这时传输线的TDR阻抗肯定也会发生大的变化。


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