Ez a cikk az Evaluation Engineering című szaklapban jelent meg, és itt engedéllyel jelent meg.
Töltse le ezt a cikket PDF formátumban.
A tesztelés, mérés és értékelés világában a vektorhálózati elemzés (VNA) a legfontosabb RF és mikrohullámú mérési módszerek közé tartozik. A kiváló RF-jellemzőktől az elemzési funkciók széles skálájáig számos funkciót kínáló legújabb VNA-megoldások megkönnyítik a fontos teljesítményparaméterek rögzítését és értékelését. Az alábbiakban néhány legújabb megoldásról adunk áttekintést az érintett cégek munkatársai által.
Felfejlett architektúrák
Az Anritsu ShockLine ME7868A 2 portos VNA-ját olyan fejlett architektúrával tervezték, amely lehetővé teszi a fázisszinkronizált VNA portok fizikai elosztását egyetlen vázon kívül. Ez lehetővé teszi, hogy a műszereket a vizsgálandó eszköz (DUT) közelében helyezzék el, ahelyett, hogy egyetlen helyhez kötnék őket (1. ábra).
1. A ShockLine ME7868A 2 portos VNA lehetővé teszi a fázisszinkronizált VNA portok fizikai elosztását egyetlen alvázon kívül.
Stan Oda, a ShockLine VNA termékmenedzsere szerint az ME7868A a vállalat PhaseLync technológiáját használja két ShockLine MS46131A 1 portos VNA szinkronizálására. Ez lehetővé teszi a két VNA közötti vektoros beiktatási veszteség méréseket. A PhaseLync támogatja a több mint 100 méteres szinkronizálást az 1 portos VNA-k között, javítva a 2 portos S-paraméter mérési teljesítményt a hagyományos VNA megoldásokhoz hasonló távolságokon.
Steve Reyes, Sr. termékmenedzser, rámutatott, hogy a VectorStar ME7838G szélessávú VNA rendszer 70 kHz-től 220 GHz-ig egyetlen sweepeléssel lehetővé teszi az eszközök on-wafer jellemzését. A rendszer az Anritsu nemlineáris átviteli vonal (NLTL) moduljait használja, amelyek kiváló teljesítményt nyújtanak az iparág legjobb nyers irányíthatóságával, így a kategória legjobb kalibrációs teljesítményét és mérési stabilitását biztosítják (2. ábra).
2. A VectorStar ME7838G szélessávú VNA rendszer 70 kHz-től 220 GHz-ig terjedő on-wafer eszközkarakterizálást biztosít egyetlen sweepben.
Ez lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy egyetlen sweepben túllépjék a hagyományos határokat anélkül, hogy a 110 GHz-től a magasabb hullámvezető sávokig át kellene építeni a wafer szondaállomást. Az Anritsu nemrégiben bevezette a VectorStarhoz az Universal Fixture Extraction (UFX) opciót is, amely kielégíti a jelintegritás mérések során a nagyfrekvenciás rögzítéskivonások igényét.
Navneet Kataria, a VectorStar VNA termékmenedzsere hozzátette, hogy a VectorStar alapú ME7848A optoelektronikai VNA rendszerrel optoelektronikai eszközök jellemzésére is alkalmas. Ezek az optikai hálózatelemző (ONA) rendszerek egy VectorStar VNA-t, egy E/O átalakítót és egy ezüst szabványú, NIST nyomon követhető referencia-fotodetektort kombinálnak, hogy 70 GHz-ig NIST nyomon követhetőségű E/O méréseket végezzenek olyan eszközökön, mint a fotodetektorok és optikai modulátorok/átvivők.
Készülékjellemzés
A hagyományos VNA-k számára a hosszú összekötő kábelek miatt egyre nagyobb kihívást jelentenek az 5G és a nagy járművek teszteléséhez szükséges, nagyobb távolságokra történő OTA (Over-the-Air) karakterizálási követelmények. A ShockLine ME7868A ezt a követelményt a VNA-portnak a DUT-hoz való áthelyezésével, a kábelek kiküszöbölésével, valamint a mérési stabilitás és a dinamikai tartomány javításával oldja meg.
Az eszköz pontos jellemzéséhez az eszközön végzett méréseknek a felső mmWave frekvenciákra is ki kell terjedniük. E rendszerek fejlesztése során fontos, hogy az eszközöket sokkal szélesebb frekvenciatartományban jellemezzük, a DC közeli tartománytól a működési frekvencián jóval túlmutató tartományig. Például az olyan alkalmazásokhoz, mint a 802.11ad, tervezett erősítőket jóval 60 GHz-en túlra, az mmWave tartományokba – ideális esetben 180 GHz-en túlra – kell söpörni, hogy a 3. harmóniás vizsgálatokat is be lehessen vonni.
A következő generációs eszközök sávszélességi követelményeinek kielégítésére olyan technológiákat fejlesztenek ki, amelyek rendkívül magas frekvenciák használatát igénylik. Az egyik ilyen technológia az optoelektronika, amely óriási sávszélességet, alacsony késleltetést kínál, és kereskedelmi szempontból életképes. Ezeknek az optoelektronikai eszközöknek a pontos tesztelése ma nagy kihívást jelent. Az Anritsu ONA megoldása pontos és precíz méréseket biztosít NIST nyomon követhetőséggel ezeknek az optoelektronikai eszközöknek.
A VNA-kat továbbra is sokféle alkalmazásban használják az eszközök jellemzésétől az anyagmérésig. A 110 GHz-et jóval meghaladó pontos mmWave mérések elvégzésének igénye kulcsfontosságú trend. A következő generációs 6G mobilhálózat várhatóan túllép a 170 GHz-es D-sávú rádiófrekvenciákon, és belép a 325 GHz-es régiókba, hogy tovább bővítse az adatkezelési lehetőségeket.
aktív és passzív eszközök jellemzése
Ha konkrét alkalmazási területek kezeléséről van szó, Stan Oda elmondta, hogy a ShockLine VNA-k jól alkalmazhatók a gyártási és passzív alkatrészek tesztelésére. Az 50 kHz-től 92 GHz-ig terjedő frekvenciákat lefedő 1, 2 és 4 portos VNA-k különböző csomagokban kaphatók, így a ShockLine VNA-család az alkalmazások széles körét lefedi. Navneet Kataria hozzátette, hogy a VectorStar VNA az összes fő célpiacot lefedi, nevezetesen az aktív és passzív eszközök jellemzését.
Az optoelektronikus eszközök jellemzése az Anritsu VectorStar-alapú ONA-rendszereinek másik célterülete. A frissíthetőség, a rugalmasság és a mérési eredmények NIST nyomon követhetősége csak néhány az ügyfeleinket segítő egyedülálló ajánlatok közül. Az 1,1 THz-ig terjedő frekvenciákat lefedő, különböző anyagtípusokra vonatkozó anyagmérési képességek a VectorStar másik alkalmazási területe.
A ShockLine VNA-k az Anritsu szabadalmaztatott NLTL technológiáját használják a költség- és helytakarékos nagyfrekvenciás VNA-képesség elérése érdekében. A jövőben várhatóan továbbra is ezt a bevált technológiát fogjuk használni a ShockLine család tesztelési képességeinek növelésére. A VectorStar szintén NLTL mintavevő technológiát használ a pontos, nagyfrekvenciás VNA-elemzéshez 70 GHz-es alapsávig és 110, 125, 145 és 220 GHz-es szélessávig. A szélessávú elemzés sorában a következő lépés a 220 GHz-ig terjedő differenciális mérések elvégzésének képessége az optimális differenciális elemzés érdekében.
Az Anritsu álláspontja szerint a VNA-k továbbra is kulcsszerepet fognak játszani az 5G, az autóipar és az általános OTA-karakterizálásban minden eszköz esetében, a kis UE-tól a nagy járművekig. A frekvenciák további emelkedésével és az on-wafer konszolidációjával tovább fog nőni az igény a pontos kalibrációk in-situ elvégzésére, valamint a tesztberendezések és az on-wafer átviteli útvonalak pontos de-embediálásának képességére.
Nem invazív stabilitásmérés
Amikor kapcsolatba léptünk Charles Hymowitz-cal, a Picotest értékesítési & marketing alelnökével, felhozta a nem invazív stabilitásmérésüket, amely egy saját fejlesztésű szoftveren alapul, amely egy Steve Sandler által létrehozott matematikai algoritmust használ. A cég azonban számos VNA-ra ingyenesen átültette, és igyekszik minél több VNA-ba beépíteni. A NISM lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy egy kimeneti impedancia mérésből megkapja a fázistartományt.
Nagyon sok tápegység IC fix, és nem állnak rendelkezésre a szabályozási hurkuk a Bode-diagramokhoz, és sok szabályozónak több belső hurokja van. Egyes esetekben a szabályozók olyan kicsivé váltak, hogy a hurok megszakítása nem vált praktikussá. A lépésterheléses vizsgálaton kívül, amely valóban nem ad fázistartalék-számot, nincs más mód egy ilyen szabályozó szabályozási hurok stabilitásának megismerésére, mint a NISM használata.
A NISM például az OMICRON Lab Bode 100 (3. ábra), a Keysight E5061B/E5071C, valamint a Rohde ZNL/ZNLE és a Copper Mountain CMT VNA-k sorozata szoftver-kiegészítőként tartalmazza. Más portok is készülnek.
3. A Picotest nem invazív stabilitásmérési technológiáját. Az olyan eszközök, mint az OMICRON Lab Bode 100, tartalmazzák a Picotest nem invazív stabilitásmérési technológiáját.
A Picotest összes szondája és jelinjektora bármilyen VNA-val használható, így a DUT-ok különböző mérésekhez csatlakoztathatók a VNA-hoz (4. ábra). Ezen injektorok többsége (a Bode-diagrammal kapcsolatos elemeken kívül) szabadalmaztatott, és más VNA-gyártóknál nem kapható. A különböző Line injektorok, mint például a J2102B, PDN kábelt kínálnak, és támogatják a PSRR és a 2 portos impedanciamérést. A J2161A aktív osztó egyedülálló, és képes egy oszcilloszkópot VNA-vá alakítani.
4. A Picotest összes szondája és jelinjektora bármilyen VNA-val használható.
Sok új oszcilloszkóp használható VNA-ként. A Picotest J2161A 2-utas széles sávú aktív osztójával, valamint a J2102B közös módusú transzformátorral számos újabb szkópot lehet VNA-vá alakítani, amelyek sávszélessége és érzékenysége megegyezik vagy nagyobb, mint a dedikált VNA-ké.
Kihívások
A kétportos impedanciamérés jelenleg az alacsony impedanciájú mérések arany standardja, a teljesítményintegritás és a PDN (teljesítményelosztó hálózat) impedanciája hatalmas tervezési és teljesítménybeli problémát jelent. A szimuláció mellett a mérés elengedhetetlen a jó PDN-ek megértéséhez, lehatárolásához és tervezéséhez.
A Picotest az alacsony és ultraalacsony impedanciák méréséhez számos, a pontos méréshez elengedhetetlen tartozékot hozott létre, köztük a J2102B/J2113A földhuroktörőket (amelyek elengedhetetlenek a mérésben rejlő csoportos hurokhiba megszüntetéséhez) és az alacsony árnyékolási veszteségű, ultravékony, rugalmas PDN-kábelt (5. ábra).
5. Az alacsony árnyékolási veszteségű, ultravékony, rugalmas PDN-kábel pontos méréseket tesz lehetővé.
A milliohmos és mikroohmos PDN-impedancia mérésekor kritikus, hogy a mérési hibaforrásokat megszelídítsük, és ezek a termékek ezt teszik. Ezen túlmenően a Picotest a jelenlegi 2 portos szonda helyett egy valódi 4 portos kézi BROWSER szondát vezet be, amely milliohmos teljesítménysík-impedancia mérésére alkalmas. A DUT-hoz való csatlakozás, különösen a sűrű PCB-ken, kihívást jelent a PDN impedancia mérés szempontjából, és az új Picotest P2102A 2 portos szonda nagyban megkönnyíti ezt az akadályt.
Trendek
Az oszcilloszkópok VNA képességek beépítésére irányuló trend jelentős, és ez drámai hatással lehet a hagyományos VNA műszerek értékesítésére, különösen ahogy a szkópgyártók több és jobb interfészt építenek be. A VNA-k számára jelenleg az egyik legfontosabb terület a teljesítményintegritás/PDN impedancia mérése.
Kifejezetten a tápsín impedancia kétportos mérése válik kritikusan fontossá szinte minden rendszerben. Ez magában foglalja a nagy sebességű digitális vagy RF áramkörök tápegységeit is. Hagyományosan a tápsínszondákat az időtartománybeli zaj mérésére használták, de ez elfogadhatatlan, mivel nem köti le a sínben előforduló lehetséges feszültségkitéréseket.
Az impedancia meghatározhatja a tápsín állapotát és a lehetséges teljesítményproblémákat. Ráadásul az érdeklődésre számot tartó frekvenciasáv az alacsony frekvenciától (10 Hz-ek) sok GHz-ig terjed, ami a mérést kihívássá és a VNA tartományává teszi. A vállalat tervezi továbbá egy sor 1 és 2 portos szonda bevezetését, amelyek segítenek a VNA-felhasználóknak a DUT-okhoz való csatlakozásban.
Teljesítőképes és rugalmas eszközök
A felhőalapú rendszerek és az RF-alapú infrastruktúrák robbanásszerű terjedése óriási nyomást helyezett a vezeték nélküli területet kiszolgáló mérnökökre. Megkerestük Rich Pieciakot, a Rohde & Schwarz USA vektorhálózati analizátorok termékmenedzserét, és megkérdeztük, hogy a vállalat mit vet be e problémák megoldására. Elmondta, hogy a Rohde & Schwarz legújabb vektoros hálózatelemző platformjai az R&S ZNA család, valamint az R&S ZNBT40 platform, amely a multiport megoldásokat 40 GHz-ig, akár 24 porttal bővítette (6. ábra).
6. Az R&S ZNBT40 platform többportos megoldásokat kínál 40 GHz-ig, akár 24 porttal.
Az R&S ZNA család nagy teljesítményű vektoros hálózatelemzői kifinomult és rugalmas hardverarchitektúrájukkal a fejlődő alkalmazási területeket célozzák meg. Az R&S ZNA család RF-jellemzőit az érzékenység, a teljesítménysöprési tartomány és a linearitás emeli ki, amelyet egy újszerű hardverarchitektúra egészít ki négy belső fáziskoherens forrással, két belső helyi oszcillátorral és nyolc vevővel a nagyfokú mérési sokoldalúság érdekében.
A nagysebességű digitális alkalmazások is bővültek ebben a két műszercsaládban (hasonlóan az R&S ZNB és R&S ZND családokhoz), az új de-embedding megoldások bevezetésével, amelyek lehetővé teszik az ügyfelek számára, hogy könnyebben értékeljék és használják az ipar által elfogadott megoldásokat az egyre növekvő frekvenciatartományokat támogató nagysebességű digitális tervezési struktúrák jellemzésére.
Az alkalmazás előtt járva
A vezeték nélküli és űrhajózási & védelmi alkalmazások technológiai fejlődése a fejlett funkciók, például a sugáralakítás, az integrált antennaarchitektúrák és az egyre magasabb digitális adatátviteli sebességek miatt továbbra is a nagy portszámot tartalmazó integrált egységekkel foglalkozik. Mindezek az integrációs erőfeszítések új megközelítéseket kényszerítenek ki a teljesítményérvényesítésre.
A teszteszköz architektúrának fejlődnie kell, hogy a tesztelés alatt álló eszköz teljesítményéhez szükséges betekintést nyújtson. Az R&S ZNA architektúra például a több belső szintetizátornak és kettős helyi oszcillátornak, valamint a kettős digitális vevőarchitektúrának köszönhetően ma már képes egy integrált LO-val rendelkező antennaegység közeli mezőjellemzőinek mérésére.
A 6G és más, az mmWave-térség alkalmazásaira irányuló kutatások egyre nagyobb hangsúlyt fektetnek a hagyományos VNA-mérések kiterjesztésére a 300 GHz-ig és azon túl terjedő frekvenciatartományokra. A sokoldalú VNA-architektúra kiemelkedően fontos az alkatrész vagy a megfelelő csatornakörnyezet megfelelő jellemzéséhez.
Az alkalmazások kezelése
A nagy sebességű digitális tervek továbbra is egyre nagyobb jelentőséget kapnak, különösen a jelintegritás területén. Az eltérő szabványok és a megfelelő lapkakialakítások elterjedése új módszereket tesz szükségessé a jelek szondázására és elemzésére mind a frekvencia-, mind az időtartományban. A Rohde & Schwarz a közelmúltban olyan eszközöket vezetett be, amelyekkel jobban ki lehet értékelni a tervek teljesítményét, és el lehet különíteni a külső forrásoktól, mint például a csatlakozók, kábelek, szondák stb.
Az R&S ZNA, R&S ZNB, R&S ZNBT és R&S ZND termékcsaládok mostantól támogatják a P370 szabványon alapuló de-embedding technikákat, a Packet Micro Smart Fixture De-embeddinget, valamint az AtaiTec In Situ De-Embeddinget, mint opciókat, hogy az ügyfelek ki tudják értékelni az egyedi alkalmazásokhoz leginkább megfelelő technikákat.
A Delta-L nyomtatott áramköri lapok jellemzésével foglalkozó opció is elérhetővé vált. A frekvenciakonvertáló mérések egy másik alapvető mérési terület, amely rendkívül jól illeszkedik az R&S ZNA-hoz, köszönhetően a többszintetizátoros architektúrának és az olyan mérési technikáknak, mint például a beágyazott helyi oszcillátorokkal rendelkező részegységekre irányuló mérési technikák.
Az R&S ZNA-ban található DDS-szintetizátorok négy fáziskoherens és fázisismétlő forrás alapját képezik. A felhasználó meghatározhatja a négy jel közötti amplitúdó- és fáziskülönbséget olyan alkalmazásokhoz, mint a sugáralakítás vagy a célszimuláció. mmWave alkalmazások és az integrált részegységek folyamatos fejlődése szükségessé teszi a tesztelési stratégia folyamatos fejlesztését. A tesztplatformoknak ennek megfelelően kell fejlődniük mind az architektúrában, mind a megfelelő méréstudományban.
A változó tájkép
A hálózati analizátorok szinte minden iparágban jellemzik az elektronikus alkatrészeket. Miközben sokoldalúságuk nőtt, a hálózati analizátorok alapvető felépítése az elmúlt évtizedekben nagyrészt változatlan maradt. A magasabb frekvenciákkal és nagyobb sávszélességgel rendelkező modern technológiák, mint például az 5G, feszegetik a jelenlegi hálózatelemzők határait, és új kihívások elé állítják a mérnököket a többcsatornás eszközök mérése során.
Matt Campbell, a Keysight Technologies termékmarketingmérnöke rámutatott, hogy a hálózatelemző forrásoknak hagyományosan nem kellett nagy pontosságúnak lenniük, mivel a diszkontinuitásokat egyszerűen ki lehetett arányosítani a mérésekből. A forrás teljesítménye azonban a mai összetett, széles sávú és nemlineáris méréseknél sokkal jelentősebb hatással lehet.”
A Keysight ezt orvosolva lehetővé tette, hogy a PNA és PNA-X hálózatelemzőik ugyanolyan jelforrással rendelkezzenek, mint a csúcskategóriás jelgenerátorok. Az elérhető legalacsonyabb fáziszajjal rendelkezőnek bemutatott eszközökkel a mérnökök gyorsan végezhetnek olyan méréseket, mint az EVM, a fázisos átalakító mérések és a nemlineáris hálózatelemzés, és az eredményekben biztosak lehetnek (7. ábra).
7. Keysight N5245B PNA-X mcrowave hálózati analizátor.
A Keysight az 5G gyártási tesztek segítésére bemutatta vektoros komponensanalizátorát, amelyet az első olyan moduláris többportos műszerként mutattak be, amely egyaránt képes hálózatelemzésre és modulált jelek mérésére. Ez lehetővé teszi a tervezők számára, hogy a hálózatelemző méréseket, például az S-paramétereket és az erősítést egyszerre végezzék el az EVM-mel és az ACP-vel.
Matt rámutatott, hogy amikor az ügyfelek hálózatelemzőket keresnek, az olyan alkalmazások, mint az impulzus-RF mérések, a spektrumelemzés és az időtartománybeli elemzés gyakran ugyanolyan fontosak számukra, mint az S-paraméterek. Az emberek a hálózatelemzőkre általános RF eszközökként gondolnak, nem csak S-paraméteres gépként, és a Keysight hálózatelemzői olyan funkciókat kínálnak, mint az ECal modullal történő irányított kalibrálás és a fejlett méréseken végigvezető varázslók.
A Keysight hálózatelemzői minden alkalmazást lefednek, az R&D-től a gyártáson át a helyszíni tesztelésig, az egyes alkalmazásokhoz igazított formátumok segítségével. A kényelmes és alkalmas USB VNA-k, az akár 50 portos multiport VNA-k és a strapabíró kézi FieldFox ott nyújtanak teljesítményt, ahol arra szükség van. Szinte minden iparágban nőnek a frekvenciák és integrálódnak az eszközök, ezért a Keysight a milliméteres frekvenciákig terjedő frekvencia-lefedettséget, valamint rugalmas mérési alkalmazásokat kínál minden formafaktorhoz.
A csatlakozások fontosak
Minden kapcsolat csak annyira jó, mint a csatlakozók és a kábelek, és ez alól a tesztelés sem kivétel. Steve Ellis, a Pasternack termékcsalád-menedzsere szerint a nagy rugalmasságú VNA tesztkábelek legújabb termékcsaládja az igényes laboratóriumi és tesztalkalmazások széles körét célozza meg (8. ábra). A jellemzők közé tartozik a ±6°-os fázistabilitás 50 GHz-en és ±8°-os fázistabilitás 70 GHz-en hajlítással, valamint az 1,3:1 VSWR 50 GHz-en és 1,4:1 70 GHz-en.
8. A Pasternack VNA tesztkábelei az igényes laboratóriumi és tesztalkalmazások széles skáláját célozzák meg.
Az 50 GHz-es szerelvények 2,4 mm-es csatlakozókkal, míg a 70 GHz-es szerelvények 1,85 mm-es csatlakozókat használnak. A koaxot körülvevő fonott, rozsdamentes acélból készült páncélzat robusztus, mégis rugalmas kábelt biztosít, amelynek hajlítási élettartama meghaladja a 100 000 ciklust, a kábelek pedig robusztus, rozsdamentes acélból készült csatlakozókkal vannak lezárva, amelyek megfelelő gondossággal történő csatlakoztatás esetén akár 5000 párosítási ciklust is biztosítanak. Mind az 50, mind a 70 GHz-es változatok NMD-stílusú csatlakozókkal, söpört derékszögű 2,4 és 1,85 mm-es csatlakozóval kaphatók.
Vélemény, hozzászólás?