Спасибо, хорошая статья о том, как провести измерение петлевого усиления импульсных DC-DC-преобразователей. Всё как и положено. Некоторые трансформаторы, которые используются, например, в импульсных БП способны удовлетворительно работать до 5 МГц, а выше 100 МГц рекомендуется воспользоваться токовым трансформатором Роговского (т.е. одним трансформатором перекрыть весь диапазон частот 20 кГц - 100 МГц проблемно).
Если измерять коэффициент отражения с помощью одного порта VNA через такого типа трансформаторы, то боюсь тепловая стабильность измерений будет невысока.
P.S. Никогда не приходилось пользоваться VNA с нижней частотой меньше чем 300 кГц, поэтому интересно узнать возможности этого S5048. Вполне может оказаться, что в требуемом диапазоне частот можно добиться высокой точности измерения импеданса с помощью одного порта. Предлагаю автору темы провести эксперимент.
Поставить этот VNA на "открытое" для воздуха место. Подключить к портам VNA измерительные (test-port) кабели. Установить промежуточную частоту фильтра 1 - 10 Гц, усреднение (2-4), настроить логарифмический свип по частоте в диапазоне 20 кГц - 100 МГц и 100 точек на декаду. Дать 1 час на прогрев.
Откалибровать один из портов по методу Short-Open-Load (Match) следующим образом. Задать идеальный калибровочный набор 50-Ом. Сначала откалиброваться на согласованную нагрузку 50 Ом (режим Load (Matсh)), нагрузив свободный конец test-port-кабеля на какую-нибудь имеющуюся под рукой 50-омную коаксиальную нагрузку (подойдёт аттенюатор 15-20 дБ, насколько я понял коаксиального калибровочного набора на 50-ом не имеется). Далее подключить вместо согласованной нагрузки "отросток" кабеля и провести калибровку в режиме Open. Спаять вместе центральную жилу и оплётку "отростка" и провести калибровку в режиме Short.
После завершения калибровки оставить закороченным "отросток" и не менять положения кабеля. Посмотреть амплитуду коэффициента отражения db|S11|, должна быть близка к 0 дБ, вплоть до 2-3 знака после запятой. Посмотреть фазу коэффициента отражения, должна быть близка к 180 градусам. Сохранить файл S-параметров в формате *.s1p. Провести аналогичные измерения с сохранением через 5 и 30 минут после клабировки. Затем поменять положение (форму) test-port кабеля и сохранить результат. Интересно было бы посмотреть на то что получится. Аналогичную работу можно проделать и с другим портом.

Я вот все читаю и не понимаю. Для чего необходимо городить измерения из VNA?
Разве не проще использовать например E7-20 (или аналог). Или дельта импульс или ступенчатое воздействие с осциллографом.
У E7-20(или аналогов) и точность выше и стоимость меньше(если будет ошибка оператора) и оснастка четко проработана.

Почему Вы микроскопом (VNA) гвозди забиваете? И пытаетесь себя оправдать, что это модно и круто. И придумываете проблемы и потом успешно их решаете...

Может я чего не понимаю....

E7-20 может измерять в диапазоне частот 25 Гц - 1 МГц, многие дешёвые измерители от 1 - 100 кГц. К тому же у автора темы весьма недорогой VNA S5048, который стоит всего то 310 т.р. и работает в диапазоне частот 20 кГц - 4800 МГц (как говорится, почувствуйте разницу).
Кстати Планар производит и более дешёвые VNA TR1300 - 77 т.р. Мне кажется за такие деньги нормальный китайский LCR-метр не купишь. А частотные характеристики в широком диапазоне частот такие приборы (LCR-метры) измерять не умеют. Например, электронные схемы на современных быстродействующих ОУ имеют граничные частоты петлевого усиления десятые и единицы ГГц, поэтому вполне себе актуальна проблема измерения выходного импеданса цепи питания в широком диапазоне частот, чтобы исключить область неустойчивой работы ОУ. Так может быть полезно измерение коэффициента передачи между соседними цепями питания, например, разных усилительных элементов и т.п., с целью выяснения взаимного влияния между этими цепями.


Вот и я не понимаю причём здесь LCR-метр. Согласен, что в сравнительно низкочастотном и узком диапазоне частот эти приборы наиболее предпочтительны.

А Вы уверены, что для регулировки обратных связей цепей питания нужен диапазон более 1МГц. Не. Ну, может быть конечно, что Т.С. такой профи, что ему мало 1МГц. Но....
Далее, а что конкретно он хотел измерять?
а - Напряжение на выходе vs напряжение на входе,
б - или импеданс цепей питания? (особенно посмотрите фотку и коментарий к ней - "Вот так хотелось бы подключаться к таржету, и снимать s21").
Тут помоему явное непонимание цели эксперимента.

Ой. Чуток подправил. Я ошибся в некоторых высказываниях.

На самом деле метод измерения ТС имеет право на существование. Примерно по такому же методу, например, в анализаторах полупроводниковых приборов Agilent серии B15xx подключается модуль измерения иммитанса к универсальной оснастке, но это делается с целью упрощения подключения при измерении межэлектродных емкостей. Разумеется без предварительной калибровки Open-Short никаких правдивых измерений получить не получится. Другими словами, надо понимать, что там программно предусмотрена возможность вычитания "отростка" с помощью процедуры специальной калибровки. Да и используется там не VNA, а именно RLC-метр, что несколько упрощает задачу. Т.е. классическая "четырёхкабельная" схема схема подключения, при помощи двух тройников переходит в "двухкабельную". При этом тройник в канале высокого потенциала совмещён с функцией Bias-T, обеспечивая измерения вольтфарадных характеристик. Разумеется, что упрощение схемы подключения отрицательно сказывается на точности измерения.
Что касается метода ТС, то для его реализации нужно разработать программное обеспечение, способное провести калибровку "щупа" и математически пересчитать измеренные двухпортовые S-параметры в импеданс.


Согласен. Мне думается, что цель и задача была бы понятна, если бы проектировалась цепь питания, исходя из требований питающейся нагрузки и возможности реализации этих требований с учетом возможностей конструкции и применяемой элементной базы. В ходе проектирования был бы известен расчётный импеданс цепи питания, зная который можно было бы выбрать подходящий метод измерения и провести эксперимент.
А здесь складывается такое впечатление, что просто хочется что-либо измерить. Получить непонятно какие результаты измерений и потом думать хорошо это или плохо.

Хмы. Какая у Вас интересная схема. При измерении КП получается, что оценивается изменение измерений КП в зависимости от подключенного к щупу элемента. Но для Вашего диапазона сопротивлений (8 мОм) нужно делать измерения КП, а не КО. Я-то рассчитывала, что у Вас подключение такое, как для схемы 2 по рисунку... со щупа же нет контакта к земле и в тройнике не разрыва по ней же? А импеданс по какой формуле пересчитываете? по Этой? z=(Z0*(S21))/(2*(1-S21))?



Измеренные S параметры можно пересчитать в импеданс и без специального программного обеспечения. Файлы с S параметрами открываются экселем. Формулы известные. Откалибровать щуп уже сложнее. Однопортовая калибровка (open, short, load) не поможет при измерениях коэффициента передачи. А ТС нужен именно он. Надо делать нормализацию по КП с учетом этого щупа. Может использовать два таких щупа? Хотя бы получиться нормализовать КП.

Этот приборчик стабильный вполне, только нужны хорошие кабели. У ТС может не получиться предложенный Вами, MePavel, эксперимент - у него HuberSuhner кабели. а именно эти не самые фазостабильные. Да и сам щуп - маленькое зло

Спасибо снова, Olesia, одна Вы меня понимаете, а мужики все злые пошли какие-то Собственно, у меня почти что схема 2, с той лишь разницей, что ИУ вынесен через отросток, и я оговариваю, что не лезу в гигагерцы, и готов ограничиться десятками мегагерц.
Товарищи, MePavel, я прекрасно понимаю, почему я это делаю и зачем. Просто ранее я не имел дел с VNA, вот и фсе. Методологию осваиваю, и спрашиваю совета. Способ мой вполне законный, и, разумеется, по определению дает весьма большую точность, если измерять без Т-отростка, тем более, у меня есть автоматический калибровочный модуль.
Вот я и хотел научиться его учитывать, этот Т-отросток. А студентов, khach, надо пугать не отростками, а опасностью не научиться видеть интересные и не всегда стандартные возможности измерительных приборов. Ясное дело, что приличный VNA даст сто очков любому RLC-метру, при правильном подходе.

p.s. рефлектометрический способ, по s11, дает куда большие ошибки на малых импедансах... по крайней мере, я это четко вижу.

Я вот не пойму - вам это для работы нужно или студентам голову морочить?
До сотен мегагерц импеданс цепей питания легко и непринужденно контролируется обычным осциллографом и генератором.

Разумеется можно и с помощью карандаша, калькулятора (логарифмической линейки) и листка бумаги заниматься алгебраическими операциями с комплексными числами и при этом очень гордиться этим.
А ведь хотелось бы, чтобы VNA сразу показывал на картинке то что нам нужно.


Начали красиво про пересчёт S-параметров, так почему же сразу всю систему с test-port кабелями и отростком нельзя откалибровать (провесит деэмбединг) при помощи трёх измерений - open, short, load? Зачем нормализовать КП? VNA от этого точнее работать не станет, а вот количество лишних и не нужных операций возрастёт.


Вот здесь не могу скрыть своего маленького возмущения. Честно говоря, не знал, что HuberSuhner кабели ТС в диапазоне частот до 100 МГц даже в неподвижном состоянии дадут дрейф фазы больше, чем VNA за 300 т.р. при 5 мин работы. Кстати для точного измерения импеданса важна не только стабильность фазы, но и стабильность амплитуды.
Интенсивно и не один год пользуюсь кабелями производства МИКРАН (не "фазостабильные", 1,5 метра, N-тип). Как мне кажется, по качеству эти кабели не сильно отличаются от HuberSuhner ТС. Многократно проводил тест стабильности этих кабелей с помощью VNA, которые на порядок дороже, а в плане стабильности и чувствительности, как минимум, не хуже чем VNA ТС. Так вот в диапазоне частот до 1 ГГц далеко не у всех VNA их 5-ти минутная нестабильность была меньше изменения параметров кабеля при его приличной деформации. А на частотах до 100 МГц вклад нестабильности параметров кабеля был намного меньше, нестабильности VNA. Все VNA имеют рабочий диапазон частот 300 кГц - 8 (8,5) ГГц, так что проблем с провалом чувствительности и стабильности в диапазоне 10 - 1000 МГц нет в соответствии с даташитом.

Не очень понятно обоснование почему "может не получиться"? Если автор темы понял суть эксперимента и ему интересно проверить возможности своего VNA (и в т.ч. кабелей) в качестве измерителя импеданса (без сложностей с пересчётом S-параметров), то эксперимент не может не получиться. Цель эксперимента - получить результаты, какими бы плохими они не были. Кстати ТС мог бы провести этот эксперимент и без, так не полюбившемся Вам, HuberSuhner-кабеля.
Кроме того, не очень понятно причем здесь фазостабильность кабеля, когда после калибровки на Short его положение не меняется (считаем, что температура постоянна). И причём здесь щуп, когда опять же после проведения калибровки с ним ничего больше не делают (т.е. оставляют его в том состоянии, в каком он был на момент последней калибровки на интересующий эталон нагрузки, в данном случае идеальное КЗ)?
Я, конечно, не настаиваю на проведении эксперимента, если к измерениям коэффициента отражения у Вас и у ТС предвзятое отношение. Можно измерять и через КП с дополнительными затратами времени на математическую пост-обработку.

Уважаемый, Electrovoicer, мне интересна ваша тема. Пока я вижу, что Ваша схема не равна нашей схеме № 2 (я не знаю куда уходит "земля" щупа ). Не могу предложить правильную калибровку для Вашего случая. Можете составить Вашу эквивалентную схему подключения исследуемого устройства и скинуть мне?



Уважаемый, MePavel. Использование 3 мер (open, short, load) при калибровке дает возможность математически скорректировать только результат измерений коэффициента отражения. А использование измерений КО при измерении импеданса применяется только при соединении исследуемого устройства по схеме № 1 (см. рисунок выше в теме). Схема № 1 не пригодна для измерения импеданса очень низкого (как у ТС) и очень высокого уровней. Для измерения импеданса низкого уровня следует использовать схему № 2 и выполнять измерение КП двухпортовой перемычки, в которой исследуемое устройство соединяет сигнальный проводник и экран. Для измерения импеданса среднего и высокого уровня следует использовать схему № 3 и выполнять измерение КП двухпортовой перемычки, в которой ИУ вставляется в разрыв сигнального проводника.
Поэтому речь идет об измерении КП. А для калибровки КП только трех нагрузок недостаточно. Нужна как минимум нормализация. При нормализации учитываются потери в кабеле, который по-любому применяется при измерениях КП. Поэтому погрешность измерений на ВАЦ уменьшится после нормализации.

PS Про HuberSuhner. Не хотела никого обидеть. По моему опыту кабели Микран все-таки половчее будут по стабильности, чем HS. Опять же стабильность прибора со стабильностью кабелей смешивать нельзя. Стабильность кабелей проверяется при изгибе на заданный угол и возврате в первоначальное положение по уходу фазовой характеристики на прогретом приборе. Стабильность прибора - по СКО трассы КП и подъему шумов при нагруженных портах и др но без кабелей. Стабильностные параметры кабелей заведомо хужее стабильности прибора. даже для прибора за 300 т.р. Однако - кабели это оффтоп тут.

ТС даже выложил фото. Схема близка к схеме, изображенной на Вашем рисунке 2, с той разницей, что соеднине двух test-port кабелей выполняется посредством тройника, ИУ подключается к этому тройнику через отрезок коаксиального кабеля небольшой длины (5-10 см).

Уважаемая Olesia, это всего лишь одно из следствий. Использование калибровки SOL позволяет математически исключить внешние цепи, предназначенные для измерения параметров двухполюсника. И совершенно неважно какая схема измерения из ваших 3-х используется и какой прибор (VNA или RLC-метр). А параметры двух полюсника - могут быть выражены и через коэффициент отражения, и через импеданс (всё одно из другого пересчитывается). Мне очень интересно, как Вы понимаете принцип SOL-калибровки математически (просто в двух словах, что является искомым результатом).

Всё верно, вопрос какое значение принимать за очень низкий (высокий) уровень? Реальные возможности измерительного оборудования ТС мне не очень известны.

Полностью согласен.

Опять же тут вообще не согласен. Во-первых, очень интересно узнать что Вы понимаете под нормализацией, чем она отличается от полноценной калибровки и зачем эта функция предусмотрена в VNA (кстати эту функцию можно использовать не только для КП, но и для КО)? Во-вторых, желательно бы всё-таки математически (алгоритмически) записать все Ваши выражения для калибровки (общий вид уравнений, неизвестные), а так на словах мы долго будем реализовывать алгоритм измерения импеданса, предложенный автором темы.

Прежде чем делать такие утвержедния, Вы бы попробовали откалибровать прогретый VNA без кабелей предположим на 10 МГц и предположим на измерение КО. Подключили бы прецизионную рефлективную нагрузку из калкита и в течении часа через 10-15 минут записали бы амплитудное значение вектора S11 в дБ вплоть до 6 знака после запятой и его фазу. Потом подключите кабель, откалибруйтесь с ним сделайте замер, затем согните его, так как вы его обычно используете для ИУ и запишите результат (в нормальном и изогнутом состоянии). Я надесюь, что Вы наконец убедитесь, что на сравнительно низких частотах фазостабильные каблели не нужны и все погрешности, как правило, обуславлиются только нестабильностью VNA. Если бы стабильность кабелей была намного хуже стабильности любых VNA на любых частотах, то в даташитах на VNA эти параметры бы явно не указывали. Действительно зачем нужен стабильный VNA, если кабель всё испортит даже на 20 кГц?

В 2012г вашла книга по вашей теме: <Handbook of Microwave Component Measurements: with Advanced VNA Techniques> by Joel P. Dunsmore

Об измерительных возможностях прибора см. рисунок.
О математическом представлении калибровки см. вложение.
При нормализации КО определяются оценки Er и Ed. При полной однопортовой калибровке дополнительно определяется и Es.
При нормализации КП определяется только Et. Это можно сравнить с мат. операцией деления {Данные/Память}. При полной двухпортовой определяются еще El, Ex и, конечно, Er, Ed. Es.
Импеданс пересчитывается из измеренных S-параметров, которые определяет прибор после калибровки. Формулы для пересчета в импеданс см. файлик.

Сообщение отредактировал Olesia - Sep 2 2014, 10:23

Хватит уже всякую фигню советовать.
Чтобы хоть что-то увидеть по питанию, нужно разрешение не хуже 1/1000 ома.
Векторник в режиме измерения параметров двухполюсника, да еще с торчащим хвостом из тройника - совсем негодный метод.
Еще бы астролябией измеряли.

Фигню сейчас советуете Вы. ДД этого и подобных VNA превышает 100дБ, что преспокойно позволяет видеть миллиомы.