TRL калиброка на анализаторе цепей N5230C PNA-L, измерение плат с внешними цепями согласования транзистора Опции

[Stefan1]

Доброго времени суток.
Возникла необходимость точно измерить импеданс двухполюсника (платы с внешними цепями согласования транзистора). Основная сложность заключается в проведении калибровки в сечении выводов данной платы. Вычитал, что наиболее оптимальная калибровка для таких высокочастотных измерений - это TRL калибровка. Измерять платы надо на частоте примерно 3 ГГц.
В наличии имеется 4-х портовой анализатор цепей N5230C PNA-L. Кто-нибудь делал TRL калибровку на данном VNA и вообще это возможно?
И еще есть вопрос: имеет ли смысл самим изготовливать калибровочные наборы (стандарты) для данной калибровки?

Сообщение отредактировал Stefan1 - Sep 16 2014, 15:01

[Olesia]

Доброго времени суток.
Возникла необходимость точно измерить импеданс двухполюсника (платы с внешними цепями согласования транзистора). Основная сложность заключается в проведении калибровки в сечении выводов данной платы. Вычитал, что наиболее оптимальная калибровка для таких высокочастотных измерений - это TRL калибровка. Измерять платы надо на частоте примерно 3 ГГц.
В наличии имеется 4-х портовой анализатор цепей N5230C PNA-L. Кто-нибудь делал TRL калибровку на данном VNA и вообще это возможно?
И еще есть вопрос: имеет ли смысл самим изготовливать калибровочные наборы (стандарты) для данной калибровки?

Можно фото, где видно, как Вы собираетесь подключаться к плате? Какой импеданс предполагаете? Калибровка TRL прелестна только тем, что использует частично-определенные меры. Без привязки к высокому или низкому частотному диапазону. До 3 ГГц Вы можете использовать обыкновенный калибровочный набор SOLT. Калибровку Вы собираетесь делать однопортовую? Ведь у Вас двухполюсник? А TRL применяется для четырехполюсников, тк проводятся измерения на проход. В однопортовом случае TRL не работает.
Есть смысл самостоятельно изготавливать меры под Вашу оснастку, если есть возможность эти новые меры описать (измерить, замоделировать).

Надо будет измерить отдельно порт и вычесть его S-параметры из суммарного измерения порта+PCB? Достаточно ли его измерить только с закароткой в месте, где он припаевается к PCB или надо еще что-то делать?

Да, измерение порта и учет его из суммарного измерения решается калибровкой. Порт по-хорошему калибруется на 3 меры (если однопортовое-таки измерение): на ХХ, КЗ и нагрузку согласованную. Приэтом - калибровку порта желательно делать по тому месту, где будет потом цепляться DUT. Но это не всегда возможно, из-за особеннностей DUT. Тогда городят оснастку и калибруются в оснастке.

Посмотрите, вот тут недавно обсуждали http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=122710

Сообщение отредактировал Olesia - Sep 18 2014, 05:57

[MePavel]

В наличии имеется 4-х портовой анализатор цепей N5230C PNA-L. Кто-нибудь делал TRL калибровку на данном VNA и вообще это возможно?

Документация говорит, что возможно -  PNAHelp9_42.pdf ( 738.07 килобайт ) Кол-во скачиваний: 1098

Надо будет измерить отдельно порт и вычесть его S-параметры из суммарного измерения порта+PCB? Достаточно ли его измерить только с закароткой в месте, где он припаевается к PCB или надо еще что-то делать?

Если просто произвести нормализацию по закоротке, то на 3 ГГц неидеальность закоротки может дать некоторую систематическую погрешность, а ошибка направленности даст большую погрешность при измерении средних и больших импедансов. Кроме закоротки можно использовать просто холостой ход. Если передающая линия близка к 50-омной, то это сработает.

Калибровка TRL прелестна только тем, что использует частично-определенные меры. Без привязки к высокому или низкому частотному диапазону. До 3 ГГц Вы можете использовать обыкновенный калибровочный набор SOLT. Калибровку Вы собираетесь делать однопортовую?

Уважаемая Olesia, много ли Вы видели калибровочных наборов SOLT для микрополосковых линий? Представляете, какой должен быть спектр охарактеризованных калибровочных мер под разные ширины микрополоска и толщины плат?

Ведь у Вас двухполюсник? А TRL применяется для четырехполюсников, тк проводятся измерения на проход. В однопортовом случае TRL не работает.

Вообще и для однопортовых, и для двух портовых измерений на микрополосковых линиях используют TRL-калибровку (на частотах выше 500 МГц особенно актуально, хотя всё зависит от длины Delаy Line).
См. фото двух оснасток.

Левая и правая половинка представляют собой широкополосные трансформаторы импеданса (0,8 – 18 ГГц), с одной стороны они имеют коаксиальный 50-омный разъём, с другой стороны оканчиваются микрополосковым выводом. Между этими половинками находится линия задержки (Delay Line) с известным волновым сопротивлением 12,5 Ом – это и есть одна единственная калибровочная мера в случае TRL калибровки. Причём в данном случае не важно знать её точную длину и потери. Главное, чтобы длина Delay Line удовлетворяла соотношению λ/12 < l < λ/2 и было известно её волновое сопротивление.
Для создания модели оснастки (или калибровки VNA) достаточно сделать 4 замера: по одному замеру каждой половинки на холостой ход (что более просто и довольно точно) или на закоротку (что несколько сложнее и менее точно), один замер с Delay Line и ещё Thru (две половинки соединяются вместе).

Есть смысл самостоятельно изготавливать меры под Вашу оснастку, если есть возможность эти новые меры описать (измерить, замоделировать).

На мой взгляд, достаточно дорогостоящая процедура изготовления такого типа калибровочных мер. Самое сложное – это изготовление согласованной нагрузки, например, на номинал 12,5 и под нужную ширину вывода (толщину диэлектрика). Если такое попытаться замоделировать, то тогда вообще смысл теряется в реальной калибровке оснастки. Проще тогда всю плату ТС замоделировать и, таким образом, узнать искомый импеданс.

[attachment=87070:IMG024.jpg]
Импеданс примерно такой: 2-j4, если вешать 50 ом с левой стороны от PCB.

Насколько я понимаю ширина вывода транзистора и ширина 50-омного микрополоска сильно отличаются. Из-за этого обстоятельства прямое измерение достаточно низкого импеданса 2-j4 на 3 ГГц даст существенную ошибку. Ширина вывода транзистора где-то 6 мм, а 50-омный полосок имеет ширину 1,5-2 мм, рискну предположить, что вместо 2-j4 Вы получите результат примерно (1.9..2)-j(0..2). Т.е. емкостная составляющая будет занижена.

[attachment=87070:IMG024.jpg]
Как я понял надо провести полную 2-х портовую SOLT калибровку и для этого надо изготовить оснастку: SHORT, THRU, LOAD и OPEN?
Подойдет ли в качестве основы для такой оснастки деталь, изображенная на фото справа от PCB? Таким образом, получается весь калибровочный набор можно сделать из этой детали: в случае с LOAD - надо вешать 50-ти омный (или два 100-омных) SMD конденсатор в месте, где микрополосок порта этой детали припаевается к PCB? И использовать эту деталь сначала для одного, а затем для другого порта.
А в случае с THRU надо запаять такие две детали друг на друга со сторон микрополосков? Итого - 4 детали.

Тогда уж не лучше ли провести однопортовую калибровку по методу SOL той части оснастки, что изображена слева? Тогда Вам понадобится всего-то закоротка, холостой ход сам получится, а в качестве LOAD лучше изготовить такую же вторую половинку и накрутить на неё коаксиальную согласованную нагрузку из калибровочного набора для VNA. Таким образом Вы можете измерять импеданс исследуемой платы, с помощью щупа откалиброванного выше. На обратный конец исследуемой платы при этом лучше накрутить 50-омную нагрузку, которая использовалась при измерении транзистора на большом сигнале (чтобы точно воспроизвести все условия измерения).

Можно сделать и две линии для TRL. Но и для них надо описание будет. Delay, Z0, потери.
Дальше только пробовать.

Если есть возможность провести THRU с нулевой длиной (а в случае калибровки микрополосков такая возможность должна быть), то для линий задержки не важно знать задержку и потери. Имеет значение только лишь Z0. Точное значение задержки и потерь нужно лишь тогда, когда нет возможности сделать идеальное THRU с нулевой длинной. Например, когда используются одинаковые гендерные коаксиальные разъемы Male-Male или Female-Female, в этом случае нужно использовать две линии задержки. Причём только для той линии задержки, которая принята за THRU необходимо точно знать "Delay, Z0, потери", а для той что используется как Delay Line достаточно знать только лишь её Z0.