CST 電路仿真淺談（三）

作者 | Wang Jieyu

在SI和EMI仿真中，差分信號以及差共模噪聲是經常被提及的。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。

下面就隆重請出今天的主角Mode Converter。

1、什么是Mode Converter

對于類似差分微帶線、Cable雙絞線等緊密耦合的線路，可以使用Mode Converter將一對差分和共模信號轉換為一對單端信號，當然也可以從單端信號中得到其差分信號分量和共模信號分量。

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，電壓電流關系如下

VD = VP - VN,

VC = 1/2  (VP + VN),

ID = 1/2  (IP - IN),

IC = IP + IN.

公式雖然簡單，但確實太單調了。仿真的意義就是讓你的所有感官都聯動起來，才能加深理解，印象深刻。

下圖是典型的LVDS信號，分別描述了單端信號與差分信號分量和共模信號分量之間電壓電流的換算關系。

2、使用Mode Converter仿真混合模式S參數

• 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:差共模轉換

在這里要注意的是，在使用Mode Converter時，要確保你所定義的端口阻抗是正確的。

• 參考阻抗

對于Mode Converter自身，并沒有對所連接的模塊或者外部端口定義任何默認的參考阻抗。這就需要人為去指定其參考阻抗（Reference Impedance）。對于單端參考阻抗與混合模式S參數之間最常用的關系如下：

ZD=2ZSE 

ZC=  1/2  ZSE    

由于該模型微帶線單端阻抗為50Ω，因此其差分信號端口參考阻抗設置為100Ω，其共模端口參考阻抗設置為25Ω，如下圖所示。

3、Mode Converter在波導端口上的應用

在某些情況下，當3D模型中使用波導端口進行模式激勵時，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與波導端口相連接。在這里要注意連接方式，電路中波導端口奇模Pin（1(1)）與偶模Pin（1(2)）分別連接Mode Converter中的差分信號Pin（D）以及共模信號pin（C），如下圖所示。

4、簡單的S參數加減法

下面我們對S參數做個簡單的后處理，來驗證使用Mode Converter得到的混合模式S參數與公式計算的結果是否吻合。

這里僅驗證一個公式：Sdd21=0.5*(S21-S23-S41+S43)

• 3D模型

• 電路模型

• 后處理

由于S參數是以實部+虛部的方式表示，因此S參數的加減法遵循實數域的加法規則，即實部與實部相加，虛部與虛部相加

• 結果對比

結論：從對比結果可知，使用Mode Converter得到的Sdd21與理論公式計算結果完全一致。