S Parametreleri Anlamak

S parametreler veya saçılma parametreleri, yüksek frekanslı ağ karakterizasyonunun evrensel dilidir. S-matrix'in her bir elemanı, bir limandaki dalga olayı ile bir dalga arasındaki amplitüdünü ve faz ilişkisini ele alan karmaşık bir sayıdır.

  • [FONT:0)S11)[Dönetici:0)[FONT:0) Giriş yansıma katsayısı (kullanıcı 2 port'da sona erdiğinde port 1'den geri dönüş gösterir.
  • [FONT:0)S21)[Dönem:[Dönetici:0)[Dönemli: 1 port 1'den port 2'ye kadar giriş veya kaybı)
  • [FONT:0)S12)[Dön iletim katsayısı (kesin veya ters kazanç)[değiştir | kaynağı değiştir)
  • [FONT:0)S22)[Dönetici:[Dönüşüküm katsayısı)

Bu parametreler, doğru bir referans hatası içeren bir ayar ile ölçülür (VNA) yüksek çözünürlükte veya sabit olmayan bir boyuta sahiptir[değiştir | kaynağı değiştir].Seks, yüksek çözünürlükte bulunan ve sabit olmayan bir şekilde sabitlenir.

S-parametre verileri genellikle her bir S-parametre için iletişim kurulları olarak sağlanır (.sNp) bu, frekansı, büyüklüğü ve fazı içeren bir devre şematik verir ve her satır, S-parametrelerin temel teorisi hakkında daha fazla bilgi edinmek için, doğrudan size bir SPICEtype[Dönetici) ile ilgili olarak ifade eder.

Neden Eşdeğer Devre Modelleri?

Bir eşdeğer devre modeli, direnç verenlerin beton bir ağ haline gelen soyut Sparametre davranışını, kapasitörler, indüktörler ve bazen kontrollü kaynaklar veya iletim hatlarına çevirir.

  • [FONT=0]Simulation hız:[Dönetici:[Dönlendirme modeli, tam zamanlı bir dalga elektromanyetik simülasyonundan daha hızlı bir şekilde boyutlandırma siparişi alır ve Monte Carlo analizine olanak sağlar.Bu hız, yüzlerce parametre varyasyonu optimize ederken önemlidir.
  • [FONT=0) Tasarım anlayışı:[Dönetici:0) Bir dizi direnç ve indüktöre göre bir çekim gösteren bir özellikte, hemen size, öznitelik frekansı ve kaliteli faktörünü gösterir. Parasitik etkilerinin nerede hükmedüğünü ve nasıl ölçeklendiğini görselleştirebilirsiniz. Örneğin, bir inductor'un öz-ne-resonance, bir değer olarak ortaya çıkıyor; model size yol açan boyuta göre gösterir.
  • [FONT=0)Sistem entegrasyonu:[[Dönetici:0) SPICE ve harmonik-balance simülatörünin eşdeğer devreleri beklemediğini, DC, geçici veya lineer olmayan analizleri gerçekleştirmek için, frekans-bölgesel verileri zaman alan simülasyonları ile karıştırmalarına izin verir. Bu özellikle analog ve dijital bloklar aynı substratı paylaşmanın önemli olduğunu.
  • [[Düzücü:0)Optimization:[Dönetici:[Dönetici:0)Optimization:[Dönetici:[Dönlendirme:[Dönlendirme:[Dönlendirme:0) Model parametrelerini hedef bir engelleyici profiliyle buluşturan bir optimizasyon döngüsü oluşturabilirsiniz. Örneğin, indüklemenin azaltılması için bir iz genişliğini artırmak basit bir parametrik süpürücükürücük haline gelir.
  • [FONT:0)Portability:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir eşdeğer devre altmışit, orijinal ölçüm kurulumu veya ham Touchstone dosyaları gerektirmeden takım ve aletlerle paylaşılabilir. Bu, tasarım ve test grupları arasındaki işbirliğini basitleştirir ve modeli daha büyük sistem simülasyonlarına gömebilir.

10 MHz- 20 GHz arasında ölçülen bir yüzeysel eğim göz önünde bulundurun. S-parametre büyüklüğü, kendi kendine bağlı frekansta keskin bir dip gösterir, ancak bu ham arsa, seriyi en üst düzey bir devreden veya eşdeğer bir devreden ayırarak - bir yükleme ve dirençle bir dizi kapasiteye sahip olmak - aynı zamanda bir esneklik yaratırsınız - her bir yüksek çözünürlükte bir dengeyi nasıl etkilediğinizi de değerlendirebilir.

Anahtar Matematiksel Dönüşümler

Bir topak model inşa etmenin ilk adımı, S-parametreleri geçici parametrelere dönüştürmektir - yanlış (Z) veya kabul edilen (Y) matrisler - doğrudan seri veya paralel şubeler olarak yorumlanabilir.Bir iki-port ağ için dönüşüm formülü (bir 50 {{ referansı varsayılır).

  • [FONT=[değiştir | kaynağı değiştir][değiştir | kaynağı değiştir][değiştir | kaynağı değiştir)[değiştir | kaynağı değiştir)[değiştir | kaynağı değiştir) ﴾2﴿
  • [FONT=[0)[[değiştir | kaynağı değiştir][değiştir | kaynağı değiştir) [8][değiştir | kaynağı değiştir) [8]

Yparametreleri seçmek özellikle istenen eşdeğer devreler, iki limandan daha fazla ağ içeriyorsa, örneğin ZDDDD'nin (Dönetici) ile birlikte çalışırsınız.[Döneticileri kontrol edin.[Döneticileri kontrol edin)[Döneticileri kontrol edin.[Döneticileri kontrol edin)[Döneticileri ile birlikte kontrol edin.

S-Parameter Data to a Rational Function

Temel matematiksel meydan okuma, bir topak uygulama ağına karşılık gelen rasyonel bir işlevle frekans bağımlı Y veya Z parametreleri ile ilgilidir. rasyonel bir işlev form alır.

F(s) ⁇ ( ⁇ ri/(s) + d + s·e

[FONT=0] = J ⁇ ) [FONTD:2|[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ

[FONT=0]Dönetici-fitting[[Dönetici:0][Dönetici:0]))[Dönetici / 1 ) algoritması, Gustavsen ve Semlyen tarafından 1999 yılında tanıtıldı ve şimdi bir dizi lineer olmayan en az squares problemi bir dizi doğrusal tekrarlama işlemi ile ilgili olarak, algoritmanın ayrıntılı bir açıklaması için, orijinal kağıt Gustavsen ve Semlyen'in geri yazması gerekir[TFLT:2|encturezleri)

  • İlk kutupları seçmek, ya logarithmically frekans bandı veya karmaşık konjugate çiftleri üzerinde uzayıyor. Zavallı ilk kutup seçimi yavaş bir yakınlaşma yapabilir veya yerel minima'ya yol açabilir. Ortak bir uygulama, ilk kutupları karmaşık bir konjugate çiftle yeniden temsil etmek için küçük bir gerçek parçaya yerleştirmektir.
  • Regreler ve sözde “sigma” katları için lineer bir problem çözün.Bu adım, aşırı vadeli bir sistemi çözmek için tüm noktalarda ölçülen frekans verilerini kullanır.
  • kutupları sigma fonksiyonunun sıfırlarını tespit ederek ele geçirmek. sigma fonksiyonu, orijinalden çıkarıldığında, kutup yerlerini izole ettiğinde, sıfırlarını bulmak, gerçek sistem kutuplarına yakın olan yeni kutup tahminlerini sağlar.
  • kutuplar stabil olana kadar tekrarlamak, genellikle 5-10 iterasyonlar içinde.

Polenler bulunduktan sonra, son en az-squares geri dönüşleri ve opsiyonel d ve e terimleri verir. Sonuç, genellikle orijinal verileri bir decibel ve fazın bir kısmını karşılamak için rasyonel bir modeldir. gürültülü veriler için, ağırlıklı sığ veya ön-smoothing, ölçüm eserler izleme algoritmayı engelleyebilir.

Pasif geçiş ve Causality

Ölçülen S-parametrelere uygun olan bir model, tüm kutupların negatif bir sisteme sahip olmasını gerektiren bir şekilde kontrol edilebilir (örneğin, kabul edilebilir bir test için) ve AWR Mikrodalga Ofisinin gerçek bir parçası olarak da uygulanabilir.

Step-by-Step Örnek: Bir Capacitor Modelini Dönüştürmek

İş akışını göstermek için, 100 pF yüzeyli seramik kapasitör, 1 MHz'den 10 GHz'e VNA'ya kadar ölçülmüş bir VNA'ya kadar ölçülmüş bir SPICE dosyası, geri çekilmenin nasıl olduğunu gösterir:)21|yaklaşık 1.5 GHz'ye yakın, öz-neleyici frekansı gösterir.

  1. [FONT=0)Data import ve denetim: .s2p dosyasını scikitrf ile bir Python ortamına yükler. Ağ, Y-parametrelere dönüştürülür, çünkü bir kapasitör Y[Dönetici) tarafından hayal kırıklığına uğrar.
  2. [[Düzücük Özellikleri: [Dönetici: 1 ) İki kutuplulara başlayın: Düşük frekanslı kaybı (ESR) ve bir kompleks konjugate çifti, resonance için bir çift.
  3. [FONT=[değiştir | kaynağı değiştir] [[değiştir | kaynağı değiştir] [[değiştir | kaynağı değiştir] [[değiştir | kaynağı değiştir]
  4. [FONT=0}Netlist nesil:[Dönetici:[Dönetici:0)) Bu elementlerle bir SPICE subcircuit yazın. Basit bir model için, iki port arasında bir dizi RLC ağı yeterli. Modelin kendi kendine ait frekansın 1/(2 ⁇ (LC) eşleşmesini doğrulayın.
  5. [FONT:0)Verification:[Dönetici:[Dönetici:0))[[Dönetici:0)Verification:[Dönetici:[Dönetici:0)) Bir zaman-bölgede bir harmonik-balance simülatörü ve orijinal ölçümden fazla S-parametreler göstermelidir.

Bu örnek basit, ancak gerçek bileşenler genellikle iç elektrot yapısından birden fazla rezonans sergilemektedir. Bu durumlarda, birkaç karmaşık konjugate kutup çiftlerine uygun daha yüksek bir sipariş gereklidir. Aynı haritalama prosedürü aynı şekilde geçerlidir.

Modelleme Modeli için Ölçmeden Uygulamalı Çalışma Akışı

VNA ölçüm ve doğrulanmış bir devre modeli arasındaki boşluğun disiplinli bir sırayı içerir:

  1. [FONT:0)Measurement and calibration:[DUT) Doğru bir kalibrasyon kit (SOLT, TRL veya elektronik kalibrasyon) tüm frekans aralıklarını kapsayan bir işlem.Probrasyon veya kesintiye uğramak için giriş yapın.
  2. [FONT=0)Data import ve preprocessing:[Dönetici:[Dönetici:0)))Geçmiş ve işlem sonrası verileri gerektiğinde kontrol etmek için iyi bir uygulamadır.
  3. [FONT=0] Y veya Z parametrelerine geri çevir:[Dönemli devre üstolojiyi en iyi şekilde maçlayan parametre tipini seçin.Bir shunt bağlantılı DUT için, Y-parametreler doğaldır; bir dizi element için, Z-parametreler tercih edilir.İki aylık bir ağ için, gerekirse hibrit veya ABCD parametrelerine de dönüştürebilirsiniz.
  4. [[Dönetici Özellikleri: [Dönetici: 0,0) Uygulama algoritması, bir deneme numarası ile, bu düzeni rasyonel model ile birkaç satır ile genişletin ve veriler aşağıda -40 dB veya pratik geçiş sınırlarına kadar takip edilir.For scikit-rf,DAN
  5. [FONT=0)Passivity check and Execution:[Dönetici:[Dönetici: 1) ve [[Dönetici:0) Süreklilik başarısız olursa, model siparişini artırmak veya ilk kutupları ayarlamak.
  6. [FONT=0}Netlist nesil:[Dönetici:[Dönetici: 0) Map poles ve kalıntıları RLC bileşenlerine ve bir SPICE netlist yaz. Birçok platform, parametreleri ile alt devre oluşturan bir “Generate Equivalent Circuit” işlevi sunuyor.
  7. [FONT:0)Verification:[Dönetici:[Dönetici:0) Aynı frekans süpürücü devrede bulunan devreyi aynı frekans süpürücüler içinde birleştirin ve orijinal ölçüme karşı S-parametre arsalarını karşılaştırın. Model düzeni ayarlayın veya ekleme özelliklerini ekleyelim.

Yüksek hacimli üretim için, bu iş akışı senaryo kullanarak otomatik olarak kullanılabilir. Python senaryoları scikit-rf ile bir çatı Touchstone dosyaları, uygun modeller ve ihracat net listeler, tutarlı model kalitesi sağlamak.

Araçlar ve Yazılım

Çeşitli ticari ve açık kaynak araçları bu iş akışını destekler:

Tamamen senaryolu bir yaklaşımı tercih eden mühendisler için, net bir liste yazarı ile birlikte bir araya gelen scikit-rf sürekli bir ayar hattına entegre edilebilir, otomatik olarak her ölçümlü bileşen için modeller üretir. Python ekosistemi de veritabanı ve sürüm kontrol sistemleri ile kolay bağlantı sağlar, model izlenebilirliği kolay bir şekilde sağlar.

Geçerlilik ve Refinement

Bir model sadece doğrulama kadar iyidir. S-parameter izlerinin basit bir overlayının ötesinde, titiz doğrulama içerir:

  • [FONT:0)Error vektör büyüklüğü (EVM): ), Orijinal ve simdi S-parametreleri arasındaki farkı çözmüş durumda, dB'nin altında bir EVM gerekir. Belirli gruplar daha önemliyse frekans ağırlıklı hata ölçümleri kullanın. Örneğin, bir grup-pass filtresinde, geçiş bandı hatası daha ağır olmalıdır.
  • [FONT:0) Grup gecikme maçı:[Dönetici:[Dönetici:0) Faz doğruluk, hem de dijital sistemler için çok önemlidir. Grup gecikmesi, dağıtım hataları yakalamak için her iki veri setlerinden elde edilen gecikmedir. Grup gecikmesi yanlış eşleşmeleri genellikle yüksek frekanslı kutupları gösterir.
  • [FONT=0)Time-domain reflectometry (TDR): S}11) veya S gibi kısa veya açık bir şekilde ortaya çıkar ve adım veya tepki gösterir. / kutuplar yüksek frekanslılar veya DC ekstrapolasyona karşı bir uyarıyı ortaya koyar. TDR, modelin doğru şekilde tekrarlayıcıları engelleyicileri tespit etmeye yardımcı olur.
  • [FONT=0) Sıcaklık ve önyargı üzerinde kullanılabilirlik:[Dönetici:[Dönetici:0)Demek, eğer ölçümünüz çevresel süpürücüler içeriyorsa, çıkarılan modelin fiziksel olarak makul olduğunu doğrulayın. Belirli koşullar altında negatif direnç gerektiren bir model şüphelidir.
  • [[Döntme:0)Cross-validation:[Dönetici:[Dönetici: 0) Bu teknik korumalara karşı koruma altındaki tahminleri uygun olarak yerine getirmek için verilerin% 90'ını kullanmak ve% 10'u uygulamak, sonra bölümünüzü döndürür.

İlk model başarısız olursa, uygun düzeni tekrarlayın, DC noktası ekleyin (ortak frekans ölçümlerinden uzaklaşın), veya rahatlama geçiş kısıtlamaları biraz ve sonra yeniden etkinleştirin. genellikle model düzeninde mütevazı bir artış, grup kenarlarında gürültülü verileri çarpıcı bir şekilde artırır, özellikle VNA orada düşük dinamik aralıkları sergileseydi.

Ortak Pitfalls ve En İyi Uygulamaları

Deneyimli uygulayıcıların bile engellerle karşılaşmalarına yardımcı oluyor. Aşağıdaki kurallar en sık hataları önlemeye yardımcı oluyor:

  • [FONT=0)Poor kalibrasyonu:[Dönetici: Residual doğrudanness, kaynak maç ve yükleme hataları, S-parametreleri kullanarak her zaman süreci otomatik olarak tanımlayan bir kalibrasyon ve doğrulama kullanın.Bir kalibrasyon kontrolü (e.g., bir kısa veya açık) satın almadan önce.
  • [[Düzücü:0) Yeterli bant genişliği:[Dönetici:[Dönetici:0)) Test edilen model, düşük frekanslı trendleri dışlama eğilimini kullanarak DC'ye doğru doğru düzgün bir şekilde yakalamayı başarabilir.
  • [[Düzücü:0)Genellikle:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici:0)) Çok fazla kutuplu ölçüm gürültüyü yakalayabilir, düşük bir düzenle başlayın ve yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş hata platosunu kullanın.
  • DÖRT:0) DC davranışını görmezden gelmek:[Dönetici:[Dönetici] DC'deki Capacitors açık devreler ve indüktörler düşük frekanslarda sürüklenebilir ve gerçekçi olmayan olumsuz tepkileri tahmin eder.
  • [[Dönetici:0) Sabit bir topoloji varsayın:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir shunt kapasitor yüksek frekanslarda bir dizi girişe ihtiyaç duyabilir; basit bir paralel plaka modeli kendi kendine bağlı parasitik elementlerin ötesinde başarısız olur.
  • [FONT:0)Geçmişlik uygulamaları: [Dönetici:0) Hafif olmayan bir model lineer simülasyonda işlev görebilir, ancak geçici veya harmonik-balance analizlerinde yakınlaşma hataları. Her zaman modeli sonlandırmadan önce hızlanır ve uygulama. Toolslar doğru geçiş ihlallerini tespit etmek için işlevleri sağlar.
  • [[Dönlendirme süreci varyasyonları:[Dönetici: 0,0) Bir üretimden oluşuyorsa, toplu ücretli bir varyasyonu göz önünde bulundurun. Örneğin, on kapasitelileri ölçmek, nominal bir modele sığ ve sonra RLC değerlerinin standart sapmasını çıkarın.

Gelişmiş düşünceler: Dağıtılmış Etkileri ve Geniş Bant Modelleri

Bir cihazın fiziksel boyutları bir dalga boyun eğdiğinde, basit topak elementler dağıtılmış doğasını yakalayamaz. Bu tür durumlarda, rasyonel kontraksiyon gecikme koşullarını içermeli.

F(s) ⁇ e[DÜT:0) - ⁇ [DÜT:1] · ( ⁇ ri/(s-- pi) + d + s·e)

Geri kalan dağılımın ardından verilerden saf bir zaman gecikmesi gerekir.Bu teknik, uzun iletim hatları, konektörler ve SFLT gibi araçlar için gereklidir. ve MATLAB'in ) için geçerlidir.

DC'den 110 GHz'ye son derece geniş bant ölçümleri için, tek bir rasyonel model hem büyüklükte hem de fazın geniş dinamik yelpazesinden dolayı mücadele edebilir. Frekans aralığı alt bantlara ve dikme modellerini sorunsuz bir şekilde koruyabilir ve her mod bağımsız olarak yüksek bir şekilde monte edilir. Vector-fiting uygulamaları da, 12 inçlik bir geçiş için en zor olan bant kenarlarını vurgulayabilir. Başka bir ileri teknik, çok yönlü bir yük devreleri korumak için kullanılan bir çiftliğe kadar yük devreleri azaltılabilir.

Çiftler ve filtreler gibi pasif yapılar için, eşdeğer devre sadece ölçümler değil aynı zamanda sistem düzeyinde simülasyonlar halindeki yüksek çözünürlükte olan bir model üretebilmek için genellikle kullanıcının pasif, kalibreli ve fiziksel olarak gerçekleştirilebilir ağ.Son hedef, sadece eşleşme ölçümleri değil, aynı zamanda sistem düzeyindeki simülasyonlar aracılığıyla eşdeğer devrelere de uymaktır.