差分S参数-信号与电源完整性分析

差分S参数:

由于差分互连中使用差分信号传递信息，接收器最关心的是差分信号的质量，如果互连通道的S参数能直接反映出对差分信号的影响，对分析问题将方便得多。差分互连通道可以看成是一个四端口网络，激励源为单端信号，此时得到的S参数就是常见的测量得到的S参数，即单端S参数。另一方面，从差分信号角度来说，差分互连通道也可以看成是一个二端口网络，但激励源有差分信号和共模信号两种信号，这时得到的就是差分S参数，也称混合模态S参数(mixed-mode scatter parameter)。图8-24展示了看待差分互连通道的两个视角。

对于差分S参数，激励信号分差分和共模两种，因此有以下4种组合，并分别表示为:

SDD: 差分信号输入、差分信号输出

SCC: 共模信号输入、共模信号输出

SCD: 差分信号输入、共模信号输出

SDC: 共模信号输入、差分信号输出

由于差分信号和共模信号是两个单端信号的线性组合，因此差分S参数和单端S参数之间必然存在线性变换关系。对于四端口网络，使用S参数表示为：

根据图8-24中的结构，差分端口1输入的差分信号为：

可得到b₁和b₃,而端口1输出的差分信号可表示为b₁和b₃的组合，即

同样的原理可以得出4种组合情况下所有的差分S参数：

这样可以把差分、共模、输入、输出用差分S参数关联起来：

差分S参数矩阵分为4个区域，如图8-25所示，左上角4个元素表示差分信号的反射和传输，右下角4个元素表示共模信号的反射和传输，右上角4个元素表示共模信号向差分信号的转换，左下角4个元素表示差分信号向共模信号的转换。

根据差分S参数与单端S参数的关系，可以更深入的理解差分对对称性的含义，差分S参数中表征模态转换的有代表性的参数如下：

表示差分端口1处差分到共模的转化，根据单端S参数的性质=,只有两条传输线对单端信号的反射完全相等(幅度和相位必须都相等)时，差分端口1才不发生模态转换。两条单端线反射完全对称，必须具有如下特征：阻抗不连续点到端口的传输延时完全相同、阻抗变化完全相同、不连续点个数完全相同、两条单端线延时完全相同。表示差分端口1处差分信号传输到末端时有多少变成共模信号。图8-26显示了两个单端信号的传输，只有在实线和虚线所示路径的信号传递分别相等时才能为0,即两个信号各自传输完全相等，对邻近线远端串扰完全相等。这个参量从信号传输的角度说明了差分对对称的含义。实际情况下，由于设计过程中的各种限制以及PCB加工公差等原因，以上完全对称的条件不可能满足，所以模态转换不可避免。

和单端S参数对应，差分S参数也有对应的时域T参数，如式(8-24)所示。和单端情况类似，频域S参数和时域T参数结合能挖掘出更多非常有价值的信息。比如使用和可以看到差分阻抗以及共模阻抗在什么位置发生突变，为阻抗优化指出重点。和可以得到差分和共模信号边沿变化情况以及差分信号和共模信号的传输延时差别有多大。和可以显示出在什么位置发生了模态转换，为互连通道优化时重点关注哪些位置提供指导。

差分S参数-信号与电源完整性分析