技術(shù)

通過設(shè)計、校準(zhǔn)固件改善器件的S參數(shù)測量

2013-09-12 來源：微波射頻網(wǎng) 字號：大中小

本篇應(yīng)用筆記描述了在測量元器件S參數(shù)時，如何校正和減小由測試固件引起的誤差。這里提到的固件由帶有SMA連接器的微帶線PCB組成。文中給出了基于MAX2648 5GHz低噪聲放大器的實(shí)例。

測量誤差

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)測量中的誤差可以分為三類：
· 漂移誤差，校準(zhǔn)后，當(dāng)測試系統(tǒng)性能變化時出現(xiàn)的誤差；
· 漂移誤差，此誤差可看作隨時間變化的函數(shù)；
· 系統(tǒng)誤差，包括失配、泄漏以及系統(tǒng)頻率響應(yīng)。

校準(zhǔn)是從網(wǎng)絡(luò)分析儀測量中消除上述誤差的過程。為使漂移誤差最小，測試裝置應(yīng)該在適當(dāng)?shù)念l率下校準(zhǔn)，并保持在恒溫條件下。可以通過窄帶中頻(IF)濾波和取平均的方法降低隨機(jī)誤差或類似噪聲的誤差。大多數(shù)VNA都包含軌跡平均模式，利用這種模式經(jīng)過若干次掃描取平均后可以減小突發(fā)性的隨機(jī)誤差。

添加微帶線器件支持固件校準(zhǔn)

網(wǎng)絡(luò)分析儀能夠利用測量標(biāo)定的方式提高精度，這需要使用含適當(dāng)連接器的標(biāo)定組件，通常采用同軸連接器。由于我們要測試的器件為“非標(biāo)準(zhǔn)”連接器，無法使用同軸連接器標(biāo)定組件。增加一個固件可以滿足連接待測器件(DUT)與測試設(shè)備接口的需要，即實(shí)現(xiàn)“非同軸”連接器和同軸連接器的連接。

理想的測試固件應(yīng)能為測試儀器和待測器件提供透明連接，允許在不增加任何寄生電路的前提下直接測量DUT。由于不可能制作出理想的固件，固件將會引入附加損耗、相移和失配，增大待測器件的測量誤差。在特定應(yīng)用中采用何種校準(zhǔn)類型取決于對待測器件指標(biāo)精度的要求。

消除由固件引入的誤差有三種基本方法：建模、分解和直接測量。本應(yīng)用筆記描述的是用直接測量的方法修正誤差。直接測量的優(yōu)點(diǎn)是不需要預(yù)先獲得固件的精確指標(biāo)，這些指標(biāo)是在校準(zhǔn)過程中測試的。直接測量最簡單的形式是響應(yīng)校準(zhǔn)，這是一種標(biāo)準(zhǔn)形式。參考軌跡儲存在存儲器中，此后顯示的軌跡數(shù)據(jù)都與內(nèi)存數(shù)據(jù)相除后得到。

響應(yīng)校準(zhǔn)只需要一個傳輸(穿過)和反射(短路或斷路)的標(biāo)準(zhǔn)，這個標(biāo)準(zhǔn)通過采用與測試電路相同的基板建立校準(zhǔn)電路獲得。首先建立一個由50Ω傳輸線組成的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，反射標(biāo)準(zhǔn)的建立可以是斷路或短路傳輸線(50Ω)。本范例中選用了短路線，線段長度與測試電路相同，并且短路線應(yīng)在測試板的參考面上。假定待測器件與固件間的接觸面為參考面。這些校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，即每個固件端口有一種“傳輸”和兩種“短路”標(biāo)準(zhǔn)，直接設(shè)計在固件PCB上。

測量精度很大程度上取決于校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，校準(zhǔn)的傳輸和短路標(biāo)準(zhǔn)由特征阻抗為50Ω微帶傳輸線構(gòu)成，并直接制作在固件PCB上。固件的精確、尤其是微帶線特征阻抗的精度以及“傳輸”和“短路”的電氣長度直接決定了測量精度。

直接測量最簡單的形式就是響應(yīng)校準(zhǔn)。由于缺乏對信號源和負(fù)載失配的修正，響應(yīng)校準(zhǔn)存在固有的弱點(diǎn)，信號源和負(fù)載的失配是由微帶線特征阻抗的誤差以及耦合器/橋接器的方向性造成。失配問題在反射測量中是非常令人棘手的問題。以下是一個針對低噪聲放大器(LNA) MAX2648的固件范例，LNA工作于5GHz至6GHz頻率范圍內(nèi)。

MAX2648實(shí)例

圖1所示為測量裸片級封裝(UCSP™) MAX2648 S參數(shù)的固件

圖1. 固件的PCB

注意通常用微帶線實(shí)現(xiàn)電路板邊緣的同軸連接器到DUT之間的RF信號傳輸。低損耗、寬帶同軸電纜用于連結(jié)固件電路板與網(wǎng)絡(luò)分析儀。固件的微帶線與信號源和負(fù)載相匹配，這里假定為50Ω。業(yè)界印刷電路板制造商提供的傳輸線阻抗誤差通常為±10%。因此，特征阻抗通常在45Ω至55Ω之間。而微帶線的阻抗誤差很有限，因此采用合適的微帶線長度就非常重要。用ADS測量50Ω反射的兩個仿真結(jié)果如圖2、圖3所示。圖中以45Ω作為特征阻抗，對兩種不同的傳輸線長度進(jìn)行了仿真。