SPARQ系列述评之五 ―― 关于S参数(下)
用混合模式S参数表示两端口差分系统的输出和输入之间的关系式如下：bd1表示1端口的差分输出，ad1表示1端口的差分输入。
五，S参数的测量方法
S参数的测量方法有两种，一种是基于扫频测量的原理（VNA）,另外一种是基于快沿阶跃响应的原理（TDR，SPARQ）。
图十二是VNA的原理框图，主要包括以下部分: （1）激励信号源：提供感兴趣的频率范围内的入射信号；（2）信号分离装置：含功分器和定向耦合器，分离出入射，反射和传输信号；（3）接收机：对被测件的入射，反射和传输信号进行测试；（4）处理显示单元：对测试结果进行处理和显示。
图十二VNA的原理框图
VNA的测量过程中会产生六大系统误差：（1）与信号泄露相关的方向误差;(2)与信号泄露相关的串扰误差; (3)与反射相关的源失配;（4）与反射相关的负载阻抗失配; (5)由测试接收机内部的反射引起的频率响应误差; (6)由测试接收机内部的传输跟踪引起的频率响应误差。因此在使用前需要进行严格的校准。正确的校准是使用VNA的一个难点。 VNA测量出来的S参数是否有错误并不能通过VNA直接能检查出来，只有导入仿真软件仿真出结果发现有问题时可能会怀疑是S参数测量有问题,再返回来检查 VNA校准，VNA测量时的操作有没有错误。但SPARQ由于有时域分析能力，可以立即查看当前测量出的S参数的时域响应是否合理。
理论上来说, 任何信号在时域和频域上是一一对应的，而且是可以相互转换的。这为基于阶跃响应的时域TDR/TDT方法测量S参数提供了可能。图十三表示采用TDR /TDT方法测量S21，S12的原理。ST-20是力科公司采样示波器件WE100H上的TDR模块,可以产生ps级的快沿并可作为20GHz带宽的采 样头。假设Channe2为端口1，Channle3为端口2，Channel 1产生快沿信号作为入射波经过PCB走线后由Channel3接收该信号。入射的快沿信号和采样到的信号都可经过FFT变换分解成从一定频率范围的信号， 经过计算得到频域的S参数。
图十三基于TDR/TDT方法测量S参数
其实在谈到VNA和TDR两种方法测量S参数的区别时，我们会自然联系到示波器的前端频率响应曲线的测量方法。 我们可以通过传统的扫频描点的方法（调节正弦波信号源的频率，然后分别测量不同频率时示波器测量到的峰峰值）来测量频响曲线，但也可以通过快沿信号输入到示波器,对采样到的快沿信号做FFT的方法来快速简便地测量频响曲线。 这两种方法测量示波器频响曲线的原理上的区别和测量S参数的两种方法的区别是一个道理。
近些年来三个仪器厂商基于TDR 原理测量S参数的实践证明了两种测量方法的符合度非常高，如图十四所示为两种方法测量的S参数的结果对比。但基于TDR的方法存在有动态范围不太高的缺 点。SPARQ测量S参数源于TDR的原理，但通过专利算法在提高动态范围上获得突破，而且在一键操作实现自动化校准方面的创新，具备时域分析能力和S参 数文件可以直接被SI仿真软件调用等特点使得SPARQ成为信号完整性工程师测量S参数的首选仪器。
图十四VNA和TDR方法测量的S参数一致性很好
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