【Touchstone 1.0&2.0数据格式解析】

Touchstone 1.0&2.0数据格式解析

在进行S参数仿真时，一般存储的S参数模型为SnP格式，如双端口模型为S2P格式，四端口模型为S4P格式。了解SnP格式的具体要求，对于S参数的应用具有重要作用。
本质上，S参数是由S参数矩阵组成的，SnP文件就是标明了格式的S参数矩阵。

1.Option Line基本格式

Touchstone1.0格式的SnP文件必须包含一个选项行（option line，第一个选项行之后的选项行都会被忽略），选项行用于规定S参数的基本格式为：

其中：

• #：用于标记option line的抬头

• frequency unit：用于说明S参数中频率的单位，可用单位有Hz，kHz，MHz，GHz。默认为GHz

• parameter：用于说明文档中是什么类型的参数，合法的参数包括：S参数，Y参数（导纳参数），Z参数（阻抗参数），H参数，G参数。默认为S参数

• format：用于说明网络参数的格式。合法的值有：
  （1）DB，即dB+角度
  （2）MA，即幅值+角度
  （3）RI，即实部+虚部
  其中，所有角度都用度数表示。默认设置为MA

• R n：代表参考电阻单位为ohms，n是欧姆值的正整数。默认为50ohms

举个例子：

该option line代表：

• 频率单位为Hz
• S参数
• 数据格式为dB+角度
• 参考电阻阻值为50ohms

该option line代表：

• 频率单位为kHz
• H参数
• 数据格式为实部+虚部
• 归一化电阻阻值为1ohms

Touchstone2.0中格式有所变化，首先格式变为“.ts”格式，关键词按照以下顺序安排在文件抬头：

• [Version] 2.0
• #(option line)
• [Number of Ports]
  之后跟随如下关键字：
  
  Touchstone2.0中的数据需要包含在[Network Data]和[End]两个关键字之间：
  

示例如下：


如果使用了[Mixed-Mode Order]
关键字，则对应的是混合参数，混合参数只有S参数、Y参数、Z参数三种。

2. Ports数量

1.0版本中不包含[Number of Ports]关键字
2.0版本中，每一个Touchstone Version2.0文件只能也必须包含1个[Number of Ports]关键字。其格式为：

[Number of Ports] n

注意[Number of Ports]与“n”之间必须有空格。
示例如下：

3. 双端口顺序

1.0版本中不包含[Two-Port Data Order]关键字
2.0版本中，[Two-Port Data Order]关键字仅适用于端口数量为2的情况，主要目的是区分端口顺序，如S参数中S12和S22的顺序。其格式为：

[Two-Port Data Order] 12_21
或
[Two-Port Data Order] 21_12

其中：
[Two-Port Data Order] 12_21代表双端口的的数据格式为N11，N21，N12，N22；
[Two-Port Data Order] 21_12代表双端口的的数据格式为N11，N12，N21，N22；

4.频点数量

1.0版本中不包含[Number of Frequencies],[Number of Noise Frequencies]两种关键字。
2.0版本中，[Number of Frequencies]关键字用于说明参数中的频点数量，数量必须是大于0的正数。该关键字应该跟随在[Number of ports]关键字后，网络数据之前，示例如下：

2.0版本中，[Number of Noise Frequencies]关键字用于说明参数中的噪声频点数量，数量必须是大于0的正数。该关键字只有在参数中存在噪声频点数据才会提供，不是一定要提供的。该关键字应该跟随在[Number of ports]关键字后，网络数据之前，示例如下：

5.Network Data格式

1.0版本无[Network Data]关键字，直接在Optional Line之后给出Network Data数据。
示例如下：

2.0版本中[Network Data]关键字之后跟随的是具体的数据，示例如下：

5.1 1.0版本

1.0版本矩阵数据格式要求如下：

一般来说，矩阵的数据都是single-ended data，不存在差分的数据。
对于单端口网络来说，数据集格式为：

对于双端口网络来说，数据集格式为：

注意，其中的每个数据单元都是按照Option Line格式要求进行填写，如幅度-角度，dB-角度，实部-虚部，即每个数据单元都包含两个数据（两个数据之间用空格隔开），每个数据单元都需要用1个或者多个空格隔开，每个数据行都以换行符结束；

对于3端口网络来说，数据集格式为（3x3矩阵）：

对于4端口网络来说，数据集格式为（4x4矩阵）：

对于5端口及其以上网络来说，数据集格式为：

可以看出：

• 每个频点数据的频点信息只出现在第一个位置
• 每一行最多由4个数据单元组成，其中3port按照矩阵数据格式输出（一行3个数据）

1端口的示例如下：

2端口的示例如下：

4端口的示例如下：

5.2 2.0版本

2.0版本的数据集格式除2port外，基本与1.0相同。
其中，2port时，数据格式要根据[Two-Port Data Order]关键字来确认，如果[Two-Port Data Order]关键字的值为21_12，则2port的数据集格式为：

如果[Two-Port Data Order]关键字的值为12_21，则2port的数据集格式为：

示例如下：

2.0版本中，还支持[Martix Format]的矩阵格式，简单的说，就是矩阵输出是全部，还是左下部分或右上部分。[Martix Format]的值有“Full”、“Lower”、“Upper”三种，其中：

• Full代表完整矩阵，如3端口：

N11 N12 N13
N21 N22 N23
N31 N32 N33

• Lower代表左下部分，如3端口：

N11
N21 N22 N23
N31 N32 N33

• Upper带包右上部分，如3端口：

N11 N12 N13
- - - N22-N23
- - - - - - -N33

故对于5端口及其以上的端口，如6端口，可以采样如下形式：

6. End

1.0版本无[End]关键字
2.0版本[End]关键字用于表征Touchstone 2.0文件的结尾，必须添加。

参考文件

1. Touchstone File Format Specification Version 2.0
2. Touchstone1.1格式详解