在EDA仿真結果中，S參數是一個經常被提及的結果，關于S參數詳細內容，其實不管是網上還是教科書都有較規范的介紹，但是大多數并不適用沒有EDA背景的讀者。

本文就S參數的相關應用背景，具體內容做一下介紹，主要針對沒有任何EDA行業背景的朋友，EDA工程師可忽略。

S意為Scatter/Scattering，字面意思為散射。S參數也就是散射參數。

1.S參數計算方法

2. 差分線****和多端口

3.S參數文件

1.S參數計算方法：

一般書上用電壓，電流來描述信號，為了方便理解，這里用能量來描述。

如下圖微帶線，假設有100單位能量進入端口1，然后從端口2出來。在傳輸過程中種種原因，能量并不能全部到達端口2，部分會反射。

情形1：假設有5單位能量反射。

則S參數計算如下：

S11 = 5/100=0.05

S12 = 95/100 = 0.95

S11表示反射比例，學名回波損耗(Return Loss)，簡寫RL

S12表示傳送到比例，學名插入損耗(Insertion Loss)，簡寫IL

對于對稱網絡 ： S11=S22

S22 = 5/100 = 0.05

S21 = 95/100 = 0.95

情形2：如果反射值為0.01，則

S11=0.01/100=0.0001

S12-99.99/100=0.9999

因為這種計算數據跨度較大，通常習慣取20*log10(S11)，其中log10表示取以10為底的對數，也就是log10(10)=1，單位dB

上述情形1：

S11=20*log10(0.05)=-26.021dB

S12=20*log10(0.95)=-0.4455dB

上述情形2：

S11=20*log10(0.0001)=-80dB

S12=20*log10(0.9999)=-8.68e-3dB

幾組dB值對應百分比

至此計算出的是一個頻點的S參數值。我們通常要考慮頻率范圍內的S參數，比如從1GHz-10GHz。方法是采樣取一定頻率值，然后計算出每個頻率的S參數，再進行插值；采樣越多，精度越高，但計算量越大。

比如針對情形1，我們從1G到10G取10個頻率，分別計算S參數

如下表

基于上表我們就可以畫出S11參數圖了，如下：

通常S參數是有連續性的曲線，在折線的基礎上要再進行插值，插值擬合后的S11參數圖類似如下圖：

類似的，S12也可以畫出。

采樣計算S參數的操作也叫掃頻操作

(Frequency Sweep)。

采樣除了平均采樣外，根據求解頻率特點還有基于AWE

(Asymptotic Waveform Evaluation)和

ALPS(Adaptive Lanczos-Pade Sweep)

的快速掃頻以及基于二分法的插值掃頻。

2 . 差分線****和多端口

通常兩根傳輸線如果間隔太近，互相會造成干擾，用兩條平行的，等長的走線傳輸相位差180°的同一信號。即一根線傳輸正信號，一根線傳輸負信號。正信號減去負信號，得到2倍強度的有用信號。而兩根線路上的干擾信號是一樣的，相減之后干擾信號就沒了。這是差分線。

一個差分對包括兩條信號線四個端口，S參數包括：

S11 S12 S13 S14

S21 S22 S23 S24

S31 S32 S33 S34

S41 S42 S43 S44

可以看出4端口可以構成一個4*4的矩陣數據。

進一步推廣可以得知：N端口的數據可以構成一個N*N的矩陣數據。

差分線的S參數涉及到近端串擾，遠端串擾，差模，共模等處理，在信號完整性中是個單獨的話題，作為S參數基礎入門這里就不展開。

3.S參數文件

TouchStone文件是一種被用于各種仿真軟件的標準格式的文件，仿真軟件中調用此文件來代表一個器件或電路。TouchStone文件名都是以.snp為后綴名，n表示端口數， .s2p即表示一個2端口網絡， .s4p表示4端口網絡。

*.snp文件是一個純文本文件，可直接用記事本打開。

如下s2p文件為例

第一行中的

1.HZ表示頻率的單位，可以是如下值：

HZ，MHZ，KHZ，GHZ

2.S表示參數類型，可以是如下值：

S--散射參數

Y--導納參數

Z--阻抗參數

H/G--混合參數

以上參數可以相互轉換

3.RI，可以是如下數值

DB--角度

MA--幅度-角度

RI--實部-虛部

4.R 端口阻抗

R50表示匹配的參考電阻是50歐姆。

上例中，2端口網絡的S參數總共有 1 + 222 = 9列，

按頻率，幅值S11，相位S11，幅值S21，相位S21，幅值S12，相位S12，幅值S22，相位S22排列。

4端口網絡的S參數總共有 1 + 442 = 33 列

以上對S參數做了簡要介紹，實際工程中可以通過S參數，結合眼圖，Smith圓圖等工具，得到更多的電路特性，指導設計。

文中所有標紅的字是跟S參數以及信號完整性相關的內容，有興趣的朋友可以自行查閱。