computation_of_tdr_impedance_from_sparameter

在计算机网络和信号完整性领域，S参数和TDR（时域反射）技术是用于分析和优化高速电子系统性能的重要工具。本知识点将详细解析从S参数计算TDR阻抗剖面的过程，以及其中遇到的挑战和解决方案。 S参数（Scattering parameters），也被称作散射参数，是描述网络或元件对于入射波的反射和透射性能的参数。在微波、射频和高速数字电路设计中，S参数被广泛应用于表征阻抗匹配、插入损耗、信号完整性等问题。S参数通常通过矢量网络分析仪进行测量，它包含了幅度和相位信息，能够完整地描述线性时不变网络的电磁特性。 TDR是一种测量技术，用于确定传输线的阻抗特性。在TDR测试中，通过发射一个快速上升沿的脉冲并测量其反射信号，可以得到传输线阻抗分布的时域视图。阻抗不连续的地方会在TDR波形上产生反射信号，通过分析这些反射，可以推断出传输线的阻抗特性。 然而，从S参数直接计算得到TDR阻抗剖面时，会遇到两个主要问题。第一个问题是由于采样S参数质量不高，比如分辨率不足、带宽限制、噪声等问题，这会造成数值上的挑战，如响应混叠、振铃和非因果性。这些问题使得计算得到的阻抗对远端终端的条件设置非常敏感。第二个问题在于，即使面对理想数据，计算得到的阻抗剖面无法正确显示连接器每一段的实际特征阻抗，因为多重反射会掩盖远端部分的真实特征阻抗值。 解决第一个问题，可以采用后处理逆离散傅里叶变换（IDFT）结果的方法，或者使用向量拟合技术。通过这些方法可以处理采样S参数导致的数值问题，减小因数据质量不佳而引起的误差。 解决第二个问题，则需要通过模型化被测设备（DUT）为多个小的传输线级联，然后应用时域门控和剥离技术。通过计算每个小传输线的长度和阻抗，使得组合级联系统的阻抗剖面等效于DUT本身的阻抗剖面。这种方法可以有效解决由于多重反射造成的特征阻抗掩盖问题。 在具体操作中，作者Vladimir Dmitriev-Zdorov提出了以级联的小传输线模型来逼近被测件的TDR阻抗剖面，并在时域内对这些传输线进行分析，以获得更准确的特征阻抗和长度信息。他的研究工作不仅限于S参数与TDR阻抗剖面之间的转换，还包括多端口系统转换与分析、时域与统计域的SERDES链路分析等，对于电路和系统仿真方法有着深远的影响。 此外，Kaviyesh Doshi和Peter J. Pupalaikis也在该领域做出了贡献，他们共同在设计会议（DesignCon）上发表的论文详细介绍了从S参数转换得到TDR阻抗剖面的挑战与方法。 总而言之，对于高速电子系统设计者而言，理解S参数与TDR阻抗剖面之间的关系，以及在转换过程中可能遇到的问题和解决方案至关重要。掌握这些知识，不仅可以提高测量和分析的准确性，还能有效提升电子产品的信号完整性和整体性能。