実践 CAEツールにおけるミックスモードSパラメータの利用について-3 VNAのソース数｜用語集

ミックスドモードSパラメータは、USB、HDMI、PCI Express、1000BASE-T1、10GBASE-T1などの高速差動信号伝送路の特性を評価するための非常に重要な指標です。これは、信号の伝わり方や反射だけでなく、ノイズの発生や耐性も評価できるため、現代の電子機器設計に不可欠となっています。

ミックスドモードSパラメータを測定する際、VNA（ベクトル・ネットワーク・アナライザ）のソース数（信号源の数）とポート数は、測定手法と結果の精度に大きく影響します。

差動回路（4ポート）の測定における、一般的なシングルソース（1ソース）のVNAとデュアルソース（2ソース以上）のVNAのメリットとデメリットは以下の通りです。

1. シングルソースVNA（4ポート以上、ただし一度に1ポートだけを励振）

これは、通常普及しているマルチポートVNAの測定手法です。各ポートを順次励振し、得られたシングルエンドSパラメータをソフトウェアでミックスドモードに変換します。

メリット	デメリット
コストが低い	真の差動特性を直接測定できない
汎用的な標準VNAで対応可能	非線形デバイスの測定に不向き
測定校正が比較的容易	測定に時間がかかる。測定速度が遅い (順次励振のため)
線形受動デバイス（伝送線路など）の特性評価に十分な精度	モード変換項の精度が低下する可能性 (特に終端が不完全な場合)

2. デュアルソースVNA（4ポート以上、同時に2ポート以上を励振可能）

これは「True Balanced Measurement（真のバランス測定）」とも呼ばれる手法で、VNAが差動信号や共通モード信号を直接生成してDUT（被測定デバイス）に入力します。

メリット	デメリット
真の差動/共通モード特性を直接測定	VNA本体のコストがメーカーによっては非常に高い
非線形デバイス（アンプなど）の測定に優位性がある	校正が複雑で時間もかかる（E-calにより解決可能）
モード変換(Sdc, Scd）の精度が向上する
モード変換項をダイレクトに測定できる
高速な測定が可能 (同時に複数の刺激を生成できるため)

まとめ

項目	シングルソースVNA（変換）	デュアルソースVNA（直接）
測定手法	各ポートを順次励振 → シングルエンドを測定 → ソフトウェアでに変換。	2ポートを同時に励振 → 真の差動・共通モード信号を直接入力 → Sdd, Sdc, Scd, Sccなどを直接測定。
精度	線形受動デバイスに対しては十分。非線形性や不完全終端の影響を受けやすい。	最も正確。真の動作条件を再現できるため非線形デバイスにも適している。
コスト	低い。標準的なマルチポートVNAで済む。	高いことが多い。専用の測定オプションが必要。
主な用途	伝送線路、コネクタ、パッシブデバイスの特性評価。	差動アンプ、ミキサなどのアクティブ/非線形デバイス、最高精度の評価。

従来ではほとんどの信号インテグリティの解析では、コスト面から、シングルソースVNAによるシングルエンドSパラメータの測定と、その後のソフトウェアによるミックスドモードへの変換が標準的な手法として広く採用されていましたが、高速差動信号伝送路の周波数の大幅な高周波化により、最高の精度が求められる場合や、アクティブデバイスの非線形な挙動を評価したい場合に、デュアルソースVNAの出番となっています。最近では、SIGLENT製SNA5004ASIGLENT SNA5000Aシリーズベクトルネットワークアナライザ 9kHz～4.5GHz、4ポート3,553,000円税込詳しく見る T&M 即納ストアで購入のように低価格でも標準で「デュアルソースVNA」の機種も販売されています。