巧用網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)
網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)的目的是消除測(cè)試的系統(tǒng)誤差。校準(zhǔn)的思路是通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件的測(cè)試得到網(wǎng)絡(luò)分析儀系統(tǒng)誤差項(xiàng)的具體數(shù)值,然后通過(guò)計(jì)算對(duì)被測(cè)件測(cè)試結(jié)果進(jìn)行修正處理,消除其中誤差成份,得到被測(cè)件真實(shí)值。在談進(jìn)階篇之前,我們先來(lái)復(fù)習(xí)一下基礎(chǔ)知識(shí)。
校準(zhǔn)過(guò)程就是通過(guò)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)件測(cè)試系統(tǒng)誤差的過(guò)程,根據(jù)校準(zhǔn)消除誤差項(xiàng)的不同,網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)主要分為頻響校準(zhǔn)和矢量校準(zhǔn)。,消除誤差項(xiàng)目的個(gè)數(shù)與測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)目相同。
我們常用的誤差模型:
一、單端口誤差模型
一 單端口校準(zhǔn)誤差模型
一為網(wǎng)絡(luò)分析儀反射測(cè)試時(shí)系統(tǒng)誤差的數(shù)學(xué)模型。S11M為網(wǎng)絡(luò)分析儀的實(shí)際測(cè)試值,其中包含各項(xiàng)測(cè)試誤差,具體測(cè)試誤差有:ED、ERT、ES等。儀表校準(zhǔn)目的是通過(guò)計(jì)算消除這些誤差項(xiàng)的影響,得到網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量的真值S11A。為得到ED、ERT、ES,通過(guò)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)件完成,由于要確定三項(xiàng)誤差,所以單端口校準(zhǔn)要測(cè)試三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件,聯(lián)立方程組得解。
二、雙端口誤差模型
雙端口誤差模型就要復(fù)雜不少了,來(lái)看看其誤差模型的表達(dá)式:
二、雙端口校準(zhǔn)誤差模型
雙端口校準(zhǔn)是網(wǎng)絡(luò)分析儀最精確的誤差校準(zhǔn)方法,校準(zhǔn)過(guò)程中需要至少7次連接校準(zhǔn)件,通常測(cè)試中,隔離校準(zhǔn)可以忽略。
基于二端口校準(zhǔn)的誤差模型,二端口校準(zhǔn)后,某一項(xiàng)S參數(shù)結(jié)果的測(cè)試都需要網(wǎng)絡(luò)分儀表進(jìn)行正,反雙向測(cè)試,利用另外三個(gè)S參數(shù)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行誤差消除運(yùn)算。
這是被測(cè)件在校準(zhǔn)前后結(jié)果對(duì)比,對(duì)于沒有校準(zhǔn)的測(cè)試結(jié)果,存在典型的波動(dòng),它是系統(tǒng)誤差影響的結(jié)果。通過(guò)誤差校準(zhǔn)后,測(cè)試掃跡能更正確反映被測(cè)件性能。
雙端口校準(zhǔn)消除誤差項(xiàng)最多,校準(zhǔn)后儀表測(cè)試精度最高。
不同校準(zhǔn)方法比較:
測(cè)試過(guò)程需要根據(jù)測(cè)試參數(shù)和測(cè)試精度要求選擇不同的相應(yīng)校準(zhǔn)方式:
三、不同校準(zhǔn)形式及其應(yīng)用
針對(duì)特殊情形的校準(zhǔn)方式:
上面考慮的都是DUT比較理想的情況,通過(guò)網(wǎng)分自帶的校準(zhǔn)件就可以完成校準(zhǔn)??梢岳硐肟偸秦S滿的,現(xiàn)實(shí)總是殘酷的。大千世界林林總總的DUT又腫么辦呢?
下面就是幾種常見而又比較難校準(zhǔn)的DUT的巧辦法:
1. 等效轉(zhuǎn)接器互換法校準(zhǔn)
這種方法適用于具有兩個(gè)相同形式而端口極性相同的被測(cè)件(如;1,2端口都為SMA陰性接頭),這種器件為非插入型器件之一。此方法需要使用性能相同,而陰陽(yáng)極性不同的兩個(gè)轉(zhuǎn)接器。
校準(zhǔn)過(guò)程解:
等效轉(zhuǎn)接器互換法校準(zhǔn)第一步是在校準(zhǔn)過(guò)程中利用能進(jìn)行直通(Through)校準(zhǔn)的轉(zhuǎn)接器A來(lái)完成傳輸校準(zhǔn)。但該轉(zhuǎn)接器并不能與測(cè)試直接連接。在反射校準(zhǔn)過(guò)程中,將轉(zhuǎn)接器A換為轉(zhuǎn)接器B,這一交換改變了一個(gè)測(cè)試端口的接口極性。
校準(zhǔn)完成后的測(cè)試過(guò)程中,使用能和被測(cè)件直接連接的轉(zhuǎn)接器B,轉(zhuǎn)接器B可以直接和被測(cè)件連接。
如果轉(zhuǎn)接器A和轉(zhuǎn)接器B的電氣性能完全相同,可以認(rèn)為轉(zhuǎn)接器A和轉(zhuǎn)接器B只是外形不同的同一個(gè)轉(zhuǎn)接器。
這種校準(zhǔn)方法的剩余誤差為兩個(gè)轉(zhuǎn)接器之間的性能差異。校準(zhǔn)過(guò)程較簡(jiǎn)單,但不能適用于復(fù)雜非插入器件校準(zhǔn)。
2. 轉(zhuǎn)接器移去校準(zhǔn) (英文名:Adapter Removal)
轉(zhuǎn)接器移去校準(zhǔn)是針對(duì)非插入器件測(cè)試的精度較高的校準(zhǔn)方法。轉(zhuǎn)接器移去校準(zhǔn)需要使用一個(gè)具有和被測(cè)件相同接口方式的轉(zhuǎn)接器,這個(gè)轉(zhuǎn)接器叫做校準(zhǔn)轉(zhuǎn)接器。轉(zhuǎn)接器的電長(zhǎng)度必須小于測(cè)試頻率的四分之一范圍內(nèi)。比如N、3.5mm 和2.4mm校準(zhǔn)件可用,對(duì)于其它轉(zhuǎn)接器,有的儀表商也支持用戶可以直接輸入其電長(zhǎng)度。
五、Adapter Removal 校準(zhǔn)過(guò)程
轉(zhuǎn)接器移去校準(zhǔn)需要進(jìn)行兩次雙端口校準(zhǔn)。第一次校準(zhǔn)中,將直通轉(zhuǎn)接器放在測(cè)試端口2,校準(zhǔn)結(jié)果存入校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組中。
第二次校準(zhǔn),將轉(zhuǎn)接器連接到測(cè)試端口1上,校準(zhǔn)數(shù)據(jù)用不同文件名也存在校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組中。在這個(gè)過(guò)程中,可以使用兩種不同的校準(zhǔn)件。以適應(yīng)具有不同端口類型被測(cè)件的要求(比如端口1為N,端口2為SMA)。
兩次雙端口校準(zhǔn)完成后,在儀表轉(zhuǎn)接器移去校準(zhǔn)功能鍵下,根據(jù)提示將兩次校準(zhǔn)文件名輸入儀表,儀表通過(guò)計(jì)算可消除測(cè)量轉(zhuǎn)接器對(duì)測(cè)試影響。
3. TRL校準(zhǔn)
對(duì)于非同軸被測(cè)件進(jìn)行測(cè)試,如;波導(dǎo)和晶片等,TRL校準(zhǔn)是經(jīng)常采用的校準(zhǔn)方法。TRL代表Through,直通;Reflect,反射;Line,傳輸線。采用TRL校準(zhǔn)的原因是因?yàn)樵诜峭S和高頻率條件下,要實(shí)現(xiàn)理想的匹配負(fù)載非常困難。
真正完整的TRL校準(zhǔn)為確定10項(xiàng)未知誤差,需使用4接收機(jī)網(wǎng)絡(luò)分析儀,其中2臺(tái)接收機(jī)用于反射信號(hào)測(cè)試,另兩臺(tái)接收機(jī)完成對(duì)傳輸信號(hào)的測(cè)試。TRL 校準(zhǔn)需進(jìn)行14次測(cè)試。
其它術(shù)語(yǔ)如; LRL,LRM,TRM等只是采用其他校準(zhǔn)件的同一種基本校準(zhǔn)方法。
目前,許多無(wú)源和有源RF器件都采用表面安裝形式(SMT),首先對(duì)這些器件的測(cè)試,需要使用相應(yīng)測(cè)試夾具。又由于技術(shù),功率承載和工作環(huán)境或設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的不同,這些元件的物理尺寸變化很大,相應(yīng)各種夾具的尺寸和性能變化也很大。
對(duì)夾具測(cè)試需要考慮兩個(gè)因素:
1). 夾具設(shè)計(jì)
夾具應(yīng)具有良好穩(wěn)定的機(jī)械性能。這些夾具往往會(huì)使用在生產(chǎn)線測(cè)試中,夾具需能讓被測(cè)件快速的插入、對(duì)齊和夾緊。對(duì)于RF工作頻段夾具,需考慮阻抗匹配因素,這要求精確設(shè)計(jì)夾具中傳輸線尺寸和空間屏蔽。
2).夾具校準(zhǔn)
對(duì)夾具的校準(zhǔn)最好采用夾具上校準(zhǔn),安捷倫網(wǎng)絡(luò)分析儀支持用戶定義校準(zhǔn)件功能。定義的校準(zhǔn)件要求用戶能對(duì)校準(zhǔn)的物理特性進(jìn)行表征,并將參數(shù)輸入到儀表內(nèi)部,并作為常用的由用戶定義的校準(zhǔn)工具。
雖然用來(lái)描述校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)很多,對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō),只要少數(shù)幾個(gè)參數(shù)需要修改。對(duì)于正確設(shè)計(jì)的PCB夾具而言,只有開路標(biāo)準(zhǔn)的邊緣電容和短路的延遲參數(shù)需要表征。