不同端口阻抗对S、Z参数和时域仿真的影响
说明：
针对不同端口阻抗设置对S参数、Z参数和时域仿真的影响，总结一些仿真经验，对时域仿真的影响从实际仿真结果进行分析。
关键字：
端口阻抗、S参数、Z参数、时域仿真、PowerSI、SystemSI。
背景：
结合实际项目经验、仿真结果和部分理论知识，论述不同端口阻抗设置对S 参数、Z参数和时域仿真的影响，总结一些仿真经验，对时域仿真的影响从实际仿真结果进行分析。
一、不同端口阻抗对S参数的影响
从S参数的定义上面看：
回损：
插损：
反射的定义为γ= (Z2-Z1)/(Z2+Z1)，走线阻抗和端口匹配了，反射才会减小。从能量守恒的角度看，反射减少了，插损也会增加。端口阻抗对S参数有直接影响。
s parameter下面使用PowerSI仿真一组DDR走线，走线阻抗50 ohm，端口阻抗分别设置为50 ohm和5 ohm，可以看出，不同的端口阻抗对S参数影响很大。
图1：回损结果，绿为50 ohm端口阻抗，紫为5 ohm端口阻抗
图2：插损结果，绿为50 ohm端口阻抗，紫为5 ohm端口阻抗
从上面的对比结果可以看出，阻抗匹配时，回损和插损比较好。所以在对走线要求高的应用上，比如DDR走线、eMMC走线，阻抗控制在50 ohm左右，无源参数会变好。
二、不同端口阻抗对Z参数的影响
阻抗Z = U/I，对应到两端口网络上：
通常称Z11为输入阻抗或者自阻抗，Z12为转移阻抗。阻抗的定义是用端口处的电压和电流的比值得出，
和端口的阻抗设置没有关系，是二端口网络自身的特性。使用PowerSI仿真不同端口时的Z参数，结果如下：
图3：Z11自阻抗，绿为50 ohm端口阻抗，紫为5 ohm端口阻抗
图4：Z12转移阻抗，绿为50 ohm端口阻抗，紫为5 ohm端口阻抗
可以看出，两种波形重叠的很好。不过，有些版本的软件在几Hz以下时会有区别，这个应该是不同版本的软件算法有区别或者软件自身的精度问题导致的。同样因为这个原因，用严重阻抗不匹配的端口提取S参数，观察Z参数特性时Z阻抗在个别频点可能也会引入微小的误差，但这种情况很少。在进行PDN AC阻抗仿真时，端口阻抗的设置对Z参数基本没有影响，对搭建全链路仿真交流阻抗也没有影响。
三、不同端口阻抗对时域仿真的影响
我们在提取USB S参数仿真眼图时，常把端口阻抗设置为50 ohm，但USB差分线差分阻抗为90 ohm，我们这样做有没有问题？差分阻抗是90欧姆，单端阻抗最可能为45欧姆，那这样用50欧姆端口提取是不是不匹配？我们尝试进行解释：差分阻抗为90 ohm，单端阻抗不一定就是45 ohm，根据差分线的特性，走线阻抗也可能是50 ohm，只要把差分线线间距缩小就可以了；45 ohm和50 ohm差别很
小，这点区别可能对眼图影响不大。第一种涉及到差分线S参数的提取问题，这次不深究，我们可能会更倾向于第二种看法，认为端口阻抗差别不大，影响也不大。那如果端口阻抗设置为5 ohm呢？现在用SystemSI观察不同端口阻抗提取的S参数搭建的LPDDR3链路的仿真结果，使用的文件为上面提取的50 ohm端口阻抗和5 ohm端口阻抗下的S参数：
图5：SystemSI LPDDR3链路图
图6：眼图仿真结果对比，绿为50 ohm端口阻抗，紫为5 ohm端口阻抗

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