SPARQ系列述評(píng)之五 ―― 關(guān)于S參數(shù)(下)
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時(shí)間：2010-11-23
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用混合模式S參數(shù)表示兩端口差分系統(tǒng)的輸出和輸入之間的關(guān)系式如下：bd1表示1端口的差分輸出，ad1表示1端口的差分輸入。
五，S參數(shù)的測(cè)量方法
圖十二是VNA的原理框圖，主要包括以下部分: （1）激勵(lì)信號(hào)源：提供感興趣的頻率范圍內(nèi)的入射信號(hào)；（2）信號(hào)分離裝置：含功分器和定向耦合器，分離出入射，反射和傳輸信號(hào)；（3）接收機(jī)：對(duì)被測(cè)件的入射，反射和傳輸信號(hào)進(jìn)行測(cè)試；（4）處理顯示單元：對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行處理和顯示。
圖十二VNA的原理框圖
VNA的測(cè)量過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生六大系統(tǒng)誤差：（1）與信號(hào)泄露相關(guān)的方向誤差;(2)與信號(hào)泄露相關(guān)的串?dāng)_誤差; (3)與反射相關(guān)的源失配;（4）與反射相關(guān)的負(fù)載阻抗失配; (5)由測(cè)試接收機(jī)內(nèi)部的反射引起的頻率響應(yīng)誤差; (6)由測(cè)試接收機(jī)內(nèi)部的傳輸跟蹤引起的頻率響應(yīng)誤差。因此在使用前需要進(jìn)行嚴(yán)格的校準(zhǔn)。正確的校準(zhǔn)是使用VNA的一個(gè)難點(diǎn)。 VNA測(cè)量出來(lái)的S參數(shù)是否有錯(cuò)誤并不能通過(guò)VNA直接能檢查出來(lái)，只有導(dǎo)入仿真軟件仿真出結(jié)果發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題時(shí)可能會(huì)懷疑是S參數(shù)測(cè)量有問(wèn)題,再返回來(lái)檢查 VNA校準(zhǔn)，VNA測(cè)量時(shí)的操作有沒(méi)有錯(cuò)誤。但SPARQ由于有時(shí)域分析能力，可以立即查看當(dāng)前測(cè)量出的S參數(shù)的時(shí)域響應(yīng)是否合理。
理論上來(lái)說(shuō), 任何信號(hào)在時(shí)域和頻域上是一一對(duì)應(yīng)的，而且是可以相互轉(zhuǎn)換的。這為基于階躍響應(yīng)的時(shí)域TDR/TDT方法測(cè)量S參數(shù)提供了可能。圖十三表示采用TDR /TDT方法測(cè)量S21，S12的原理。ST-20是力科公司采樣示波器件WE100H上的TDR模塊,可以產(chǎn)生ps級(jí)的快沿并可作為20GHz帶寬的采 樣頭。假設(shè)Channe2為端口1，Channle3為端口2，Channel 1產(chǎn)生快沿信號(hào)作為入射波經(jīng)過(guò)PCB走線(xiàn)后由Channel3接收該信號(hào)。入射的快沿信號(hào)和采樣到的信號(hào)都可經(jīng)過(guò)FFT變換分解成從一定頻率范圍的信號(hào)， 經(jīng)過(guò)計(jì)算得到頻域的S參數(shù)。
圖十三基于TDR/TDT方法測(cè)量S參數(shù)
其實(shí)在談到VNA和TDR兩種方法測(cè)量S參數(shù)的區(qū)別時(shí)，我們會(huì)自然聯(lián)系到示波器的前端頻率響應(yīng)曲線(xiàn)的測(cè)量方法。 我們可以通過(guò)傳統(tǒng)的掃頻描點(diǎn)的方法（調(diào)節(jié)正弦波信號(hào)源的頻率，然后分別測(cè)量不同頻率時(shí)示波器測(cè)量到的峰峰值）來(lái)測(cè)量頻響曲線(xiàn)，但也可以通過(guò)快沿信號(hào)輸入到示波器,對(duì)采樣到的快沿信號(hào)做FFT的方法來(lái)快速簡(jiǎn)便地測(cè)量頻響曲線(xiàn)。 這兩種方法測(cè)量示波器頻響曲線(xiàn)的原理上的區(qū)別和測(cè)量S參數(shù)的兩種方法的區(qū)別是一個(gè)道理。
近些年來(lái)三個(gè)儀器廠商基于TDR 原理測(cè)量S參數(shù)的實(shí)踐證明了兩種測(cè)量方法的符合度非常高，如圖十四所示為兩種方法測(cè)量的S參數(shù)的結(jié)果對(duì)比。但基于TDR的方法存在有動(dòng)態(tài)范圍不太高的缺 點(diǎn)。SPARQ測(cè)量S參數(shù)源于TDR的原理，但通過(guò)專(zhuān)利算法在提高動(dòng)態(tài)范圍上獲得突破，而且在一鍵操作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化校準(zhǔn)方面的創(chuàng)新，具備時(shí)域分析能力和S參 數(shù)文件可以直接被SI仿真軟件調(diào)用等特點(diǎn)使得SPARQ成為信號(hào)完整性工程師測(cè)量S參數(shù)的首選儀器。
圖十四VNA和TDR方法測(cè)量的S參數(shù)一致性很好
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