CST 電路仿真淺談（三）
作者 | Wang Jieyu
在SI和EMI仿真中，差分信號(hào)以及差共模噪聲是經(jīng)常被提及的。本期就和各位CST的小伙伴們聊聊Mode Converter的前世今生。縱使在西安的城墻上曾經(jīng)海誓山盟；遇到他，差模和共模也必將離析分崩。
下面就隆重請(qǐng)出今天的主角Mode Converter。
1、什么是Mode Converter
對(duì)于類似差分微帶線、Cable雙絞線等緊密耦合的線路，可以使用Mode Converter將一對(duì)差分和共模信號(hào)轉(zhuǎn)換為一對(duì)單端信號(hào)，當(dāng)然也可以從單端信號(hào)中得到其差分信號(hào)分量和共模信號(hào)分量。
單端口差分微帶線正確的連接方法如下圖所示。
在上述電路中，電壓電流關(guān)系如下
VD = VP - VN,
VC = 1/2 (VP + VN),
ID = 1/2 (IP - IN),
IC =
IP +
IN.
公式雖然簡(jiǎn)單，但確實(shí)太單調(diào)了。仿真的意義就是讓你的所有感官都聯(lián)動(dòng)起來(lái)，才能加深理解，印象深刻。
下圖是典型的LVDS信號(hào)，分別描述了單端信號(hào)與差分信號(hào)分量和共模信號(hào)分量之間電壓電流的換算關(guān)系。
2、使用Mode Converter仿真混合模式S參數(shù)
電路模型
電路連接方法如下圖所示，其中
S2,1:差分模式傳輸
S3,3:共模反射
S4,1:差共模轉(zhuǎn)換
在這里要注意的是，在使用Mode Converter時(shí)，要確保你所定義的端口阻抗是正確的。
參考阻抗
對(duì)于Mode Converter自身，并沒(méi)有對(duì)所連接的模塊或者外部端口定義任何默認(rèn)的參考阻抗。這就需要人為去指定其參考阻抗（Reference Impedance）。對(duì)于單端參考阻抗與混合模式S參數(shù)之間最常用的關(guān)系如下：
ZD=2ZSE
ZC= 1/2 ZSE
由于該模型微帶線單端阻抗為50Ω，因此其差分信號(hào)端口參考阻抗設(shè)置為100Ω，其共模端口參考阻抗設(shè)置為25Ω，如下圖所示。
3、Mode Converter在波導(dǎo)端口上的應(yīng)用
在某些情況下，當(dāng)3D模型中使用波導(dǎo)端口進(jìn)行模式激勵(lì)時(shí)，同樣可以使用Mode Converter。例如下圖為差分同軸連接器，其中1(1)為Differential Mode；1(2)為Common Mode。
在Schematic中，可以將Mode Converter與波導(dǎo)端口相連接。在這里要注意連接方式，電路中波導(dǎo)端口奇模Pin（1(1)）與偶模Pin（1(2)）分別連接Mode Converter中的差分信號(hào)Pin（D）以及共模信號(hào)pin（C），如下圖所示。
4、簡(jiǎn)單的S參數(shù)加減法
下面我們對(duì)S參數(shù)做個(gè)簡(jiǎn)單的后處理，來(lái)驗(yàn)證使用Mode Converter得到的混合模式S參數(shù)與公式計(jì)算的結(jié)果是否吻合。
這里僅驗(yàn)證一個(gè)公式：Sdd21=0.5*(S21-S23-S41+S43)
3D模型
電路模型
后處理
由于S參數(shù)是以實(shí)部+虛部的方式表示，因此S參數(shù)的加減法遵循實(shí)數(shù)域的加法規(guī)則，即實(shí)部與實(shí)部相加，虛部與虛部相加
結(jié)果對(duì)比
結(jié)論：從對(duì)比結(jié)果可知，使用Mode Converter得到的Sdd21與理論公式計(jì)算結(jié)果完全一致。
