Измерение импедансов цепей питания, с помощью двухпортового VNA Опции

[Electrovoicer]

Здравствуйте. В этом деле новичок. Недавно приобрел двухпортовый VNA Планар S5048, в связи с необходимостью проведения некоторых измерений (ПАВ-фильтры, антенны и прочее).
Побаловался с измерением импедансов конденсаторов (снимая s21), соорудив нехитрую оснастку из двух припаянных друг к другу SMA-разъемов, между корпусами и центрами которых напаиваются подопытные керамические конденсаторы, методом shunt through, так сказать. Получил весьма правдоподобные частоты резонансов и значения esr, перепроверив другим методом.
Следующим этапом решил подключиться к шине питания платы, посмотреть ее импеданс тем же способом, т.е. сняв s21 с помощью какой-то оснастки. Начал с оснастки и тестового конденсатора. Для этого вкрутил Т-образный переходник между портами, в него - SMA c 5-тисантиметровым кусочком коаксиала, который, для начала, припаял к тому же самому конденсатору 1206 0.1uF NP0. Стимул был до 50 МГц, без фанатизма, т.е. вроде бы исключал эффекты, связанные с Т-образным отростком такой небольшой длины. Что же я увидел?

Яркожелтая кривая - s21 с первым типом оснастки, т.е. конденсатор непосредственно на разъемах, бледножелтая кривая - конденсатор подключен через Т-образный ответвитель. Т.е. в первом случае имеем esr=~8 мОм и SRF=~14MHz, во втором - ~160мОм, SFR=~2.2MHz. Подскочив на стуле, схватил милливольтметр и померил омическое сопротивление Т-отростка вместе с кабелем. Ну точно, ~0.14 Ом.

Вопрос: что мне сделать, как откалиброваться, чтоб учесть такого рода оснастку? Очень хочется сравнительно надежно, в диапазоне до сотни мегагерц, снимать импедансы, подключаясь коаксиальным отростком.

[Electrovoicer]

Olesia, спасибо за ответ. Функции исключения/встраивания цепи - я пока не до конца понял, как они работают, и что я получу в результате их применения.

Вот так хотелось бы подключаться к таржету, и снимать s21


как "вычесть" этот отросток?

[khach]

Вот так хотелось бы подключаться к таржету, и снимать s21

Спасибо за фотку- спер пугать студентов как ненадо делать ни в коем случае.
А теперь по делу- какой Вы ожидаетет импеданс своей линии- в районе 50 ом или что то очень низкоомное. Для цепей питания такое встерчается. Тога весь трак анализатора цепей приходится переводить например на стандарт 10 ом. Нужны сооветсвующие трансформаторы импеданса.
Пердполагается измерение ппри поданом питании? А то ведь у всяких защитных диодов емкость совсем другая под напряжением, чем без. Боюсь, что понадобится комплкет направленных ответвителей и Bias-T для развязки по питанию.
Судя по фотке предполагается измерять только S11, т.е только на отражение? А что с согласованной нагрузкой на другом конце линии?

[MePavel]

Нужны сооветсвующие трансформаторы импеданса.

Или стабильный VNA с аналогичными кабелями. В диапазоне от 20 кГц до 100 МГц довольно проблемно сделать хорошие трансформаторы импеданса. Да и трансформация из 50 в 10 Ом не даст большого выигрыша в чувствительности. Основная проблема при измерении низкоомных импедансов (мОм) и соответствующих резонансов - это паразитные индуктивности щупа (краевые эффекты). Другое дело, что судя по фото, с помощью такого "щупа", по крайне мере в диапазоне 1 - 100 МГц измеренная резонансная частота будет всегда заметно ниже реальной, если идёт речь о ESR ~ (1 - 10) мОм. Да и, как мне кажется, судя по плате, измеряется импеданс в месте подключения "худенького" вывода микросхемы. Тогда вообще теряется смысл измерения резонансных частот при ультра малых ESR даже у дешёвых керамических конденсаторах на этих частотах.
Мне самому непонятна боязнь этого самого резонанса, когда входной импеданс микросхемы по шине питания намного превосходит значение ESR конденсатора и, следовательно, возникновение резонанса исключено (не выполняется условие Q>0,5).

Боюсь, что понадобится комплкет направленных ответвителей и Bias-T для развязки по питанию.

Bias-T - это слишком громко сказано. Напряжение питания можно подать непосредственно на плату в обычном режиме. А VNA развязать разделительным конденсатором.

[khach]

В диапазоне от 20 кГц до 100 МГц довольно проблемно сделать хорошие трансформаторы импеданса. Да и трансформация из 50 в 10 Ом не даст большого выигрыша в чувствительности.

Проблемно, но возможно. Вот например http://pdfserv.maximintegrated.com/en/an/AN3245.pdf последний вариант- трансформатор с распределенной нагрузкой.

[MePavel]

Проблемно, но возможно. Вот например http://pdfserv.maximintegrated.com/en/an/AN3245.pdf последний вариант- трансформатор с распределенной нагрузкой.

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.

[serega_sh____]

...

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....

[MePavel]

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.

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.

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....

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