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利用S参数对RF开关模型进行高频验证

上网日期: 2012年02月13日 ?? 作者: Joseph Creech ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:S参数? S参数? 高频验证?

S参数简介

S(散射)参数用于表征使用匹配阻抗的电气网络。这里的散射是电流或电压在传输线路中断情况下所受影响的方式。利用S参数可以将一个器件看作一个具有输入和相应输出的“黑匣子”,这样就可以进行系统建模而不必关心其实际结构的复杂细节。

当今集成电路的带宽不断提高,因而必须在宽频率范围内表征其性能。传统的低频参数,如电阻、电容和增益等,可能与频率有关,因此可能无法全面描述IC在目标频率的性能。此外,要在整个频率范围内表征一个复杂IC的每个参数可能是无法实现的,而使用S参数的系统级表征则可以提供更好的数据。

可以使用一个简单的RF继电器来演示高频模型验证技术。如图1所示,可以将RF继电器看作一个三端口器件:一个输入端口、一个输出端口和一个用于开关电路的控制端口。如果器件性能与控制端无关,一旦设定后,就可以将继电器简化为一个双端口器件。因此,可以通过观察输入端和输出端的行为来全面表征该器件。

利用S参数对RF开关模型进行高频验证(电子工程专辑)
图1. RF继电器模型

要理解S参数的概念,必须知道一些传输线理论。与大家熟悉的直流理论相似,在高频时,最大传输功率与电源的阻抗和负载的阻抗有关。来自一个阻抗为ZS,的电源的电压、电流和功率,沿着一条阻抗为 Z0, 的传输线路,以波的形式行进到阻抗为ZL.的负载。如果 ZL = Z0, 则全部功率都会从电源传输到负载。如果ZL ≠ Z0, 则某些功率会从负载反射回电源,不会发生最大功率传输。入射波和反射波之间的关系通过反射系数Γ来表示,它是一个复数,包含关于信号的幅度和相位信息。

如果Z0和ZL完全匹配,则不会发生反射,Γ = 0。如果 ZL i开路或短路,则Γ = 1,表示完全不匹配,所有功率都反射回 ZS. 大多数无源系统中,ZL不与Z0, 完全相等,因此0


假设传输线路为一个双端口网络,如图2所示。在这种表示方法中,可以看出,每个行进波都由两部分组成。从双端口器件的输出端流到负载的总行进波部分, b2, 实际上是由双端口器件的输出端反射的一部分a2和透射器件的一部分a1,组成。反之,从器件输入端流回电源的总行进波b1则是由输入端反射的一部分a1和返回器件的一部分a2组成。

利用S参数对RF开关模型进行高频验证(电子工程专辑)
图2. S参数模型

根据以上的说明,可以利用S参数列出用来确定反射波值的公式。反射波和发射波计算公式分别如式3和式4所示。


如果ZS = Z0(双端口输入的阻抗),则不会发生反射,a1 = 0. 如果 ZL = Z0(双端口输出的阻抗),则不会发生反射,a2 = 0. 因此,我们可以根据匹配条件定义S参数,如下所示:


其中:

S11 = 输入反射系数

S12= 反向透射系数

S21 = 正向透射系数

S22 = 反向反射系数

通过这些公式可以完整描述任何双端口系统,正向和反向增益分别用S21和S12, 来表征,正向和反向反射功率分别用S11和S22来表征。

要在实际系统中求解上述参数,ZS, Z0, 和ZL必须匹配。对于大多数系统,这很容易在宽频率范围内实现。

点击下一页:设计和测量传输线路阻抗


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