Ten artykuł ukazał się w Evaluation Engineering i został opublikowany tutaj za zgodą.
Pobierz ten artykuł w formacie PDF.
W świecie testów, pomiarów i oceny, wektorowa analiza sieciowa (VNA) jest jedną z najważniejszych metodologii pomiarowych RF i mikrofal. Oferując różnorodne cechy, od doskonałej charakterystyki RF do szerokiej gamy funkcji analitycznych, najnowsze rozwiązania VNA ułatwiają przechwytywanie i ocenę ważnych parametrów wydajności. Oto przegląd niektórych z najnowszych rozwiązań, dokonany przez osoby z zaangażowanych firm.
Zaawansowane architektury
2-portowy przyrząd ShockLine ME7868A VNA firmy Anritsu został zaprojektowany z zaawansowaną architekturą, która umożliwia fizyczne rozmieszczenie portów VNA synchronizowanych fazowo poza pojedynczą obudową. Dzięki temu oprzyrządowanie może znajdować się przy testowanym urządzeniu (DUT), a nie być przywiązane do jednej lokalizacji (Rys. 1).
1. ShockLine ME7868A 2-portowy VNA umożliwia synchronizację fazową portów VNA, które mogą być fizycznie rozmieszczone poza pojedynczą obudową.
Według Stana Oda, menedżera produktu ShockLine VNA, ME7868A wykorzystuje firmową technologię PhaseLync do synchronizacji dwóch 1-portowych VNA ShockLine MS46131A. Umożliwia to pomiary wektorowej tłumienności wtrąceniowej pomiędzy dwoma VNA. PhaseLync obsługuje synchronizację na odległość ponad 100 metrów między 1-portowymi urządzeniami VNA, poprawiając wydajność 2-portowych pomiarów parametrów S na dystansach porównywalnych z tradycyjnymi rozwiązaniami VNA.
Steve Reyes, Sr. Product Manager, podkreślił, że szerokopasmowy system VNA VectorStar ME7838G umożliwia charakteryzację urządzeń on-wafer w zakresie od 70 kHz do 220 GHz w pojedynczym przemiataniu. System wykorzystuje moduły nieliniowej linii transmisyjnej (NLTL) firmy Anritsu, które oferują doskonałą wydajność z najlepszą w branży surową kierunkowością, aby zapewnić najlepszą w swojej klasie wydajność kalibracji i stabilność pomiarów (rys. 2).
2. Szerokopasmowy system VNA VectorStar ME7838G zapewnia charakteryzację urządzeń on-wafer w zakresie od 70 kHz do 220 GHz w pojedynczym przemiataniu.
Umożliwia użytkownikom wykraczanie poza tradycyjne granice w pojedynczym przemiataniu bez konieczności przebudowy stacji pomiarowej wafla z pasma 110 GHz na wyższe pasma falowodowe. Firma Anritsu wprowadziła również niedawno opcję Universal Fixture Extraction (UFX) dla systemu VectorStar, która spełnia zapotrzebowanie na ekstrakcje oprzyrządowania o wysokiej częstotliwości w pomiarach integralności sygnału.
Navneet Kataria, VectorStar VNA Product Manager, dodał, że oparty na systemie VectorStar system ME7848A Opto-electronic VNA może charakteryzować urządzenia opto-elektroniczne. Te systemy Optical Network Analyzer (ONA) łączą w sobie VectorStar VNA, konwerter E/O i fotodetektor referencyjny zgodny ze srebrnym standardem NIST, umożliwiając wykonywanie pomiarów E/O z identyfikowalnością NIST do 70 GHz na urządzeniach takich jak fotodetektory i modulatory/przekaźniki optyczne.
Charakteryzacja urządzeń
Wymagania charakteryzacji OTA (Over-the-air) na większych odległościach dla 5G i testów dużych pojazdów stają się coraz większym wyzwaniem dla tradycyjnych VNA, ze względu na długie kable interkonektowe. Urządzenie ShockLine ME7868A spełnia te wymagania, przenosząc port VNA do DUT, eliminując kable i poprawiając stabilność pomiarów oraz zakres dynamiczny.
Pomiary on-wafer muszą obejmować górne częstotliwości mmWave dla dokładnej charakterystyki urządzenia. Podczas opracowywania tych systemów, ważne jest, aby scharakteryzować urządzenia w znacznie szerszym zakresie częstotliwości, od blisko DC do znacznie powyżej częstotliwości roboczej. Na przykład, wzmacniacze przeznaczone do zastosowań takich jak 802.11ad powinny być przesunięte daleko poza 60 GHz w regiony mmWave – najlepiej poza 180 GHz – aby uwzględnić testowanie trzeciej harmonicznej.
Aby spełnić wymagania dotyczące szerokości pasma urządzeń nowej generacji, opracowywane są technologie, które wymagają użycia ekstremalnie wysokich częstotliwości. Jedną z takich technologii jest optoelektronika, która oferuje ogromną szerokość pasma, niskie opóźnienia i jest opłacalna ekonomicznie. Zapotrzebowanie na precyzyjne testowanie tych urządzeń optoelektronicznych stanowi obecnie duże wyzwanie. Rozwiązanie ONA firmy Anritsu zapewnia dokładne i precyzyjne pomiary z możliwością śledzenia przez NIST tych urządzeń optoelektronicznych.
VNA są nadal używane w wielu różnych zastosowaniach, od charakteryzacji urządzeń po pomiary materiałów. Potrzeba wykonywania dokładnych pomiarów mmWave znacznie powyżej 110 GHz jest kluczowym trendem. Przewiduje się, że następna generacja sieci komórkowej 6G wyjdzie poza częstotliwości radiowe pasma D 170 GHz i wkroczy w rejony 325 GHz, co spowoduje dalsze rozszerzenie możliwości obsługi danych.
Charakteryzacja urządzeń aktywnych i pasywnych
Jeśli chodzi o zajmowanie się konkretnymi obszarami zastosowań, Stan Oda powiedział nam, że urządzenia VNA ShockLine są dobrze przystosowane do produkcji i testowania komponentów pasywnych. Dzięki 1-, 2- i 4-portowym VNA w różnych obudowach, pracującym w zakresie częstotliwości od 50 kHz do 92 GHz, rodzina urządzeń VNA ShockLine obejmuje szeroki wachlarz zastosowań. Navneet Kataria dodał, że VectorStar VNA obejmuje wszystkie główne rynki docelowe, a mianowicie charakteryzację urządzeń aktywnych i pasywnych.
Charakteryzacja urządzeń okołoelektronicznych to kolejny obszar docelowy dla systemów ONA firmy Anritsu opartych na VectorStar. Możliwość modernizacji, elastyczność i zgodność wyników pomiarów z normami NIST to tylko niektóre z unikalnych cech, które pomagają naszym klientom. Możliwości pomiarów materiałowych dla różnych typów materiałów w zakresie częstotliwości do 1,1 THz to kolejne zastosowanie systemu VectorStar.
Systemy VNA z serii ShockLine wykorzystują opatentowaną przez Anritsu technologię NLTL w celu uzyskania efektywnych kosztowo i przestrzennie możliwości VNA dla wysokich częstotliwości. W przyszłości zamierzamy nadal korzystać z tej sprawdzonej technologii w celu zwiększenia możliwości testowych rodziny ShockLine. VectorStar wykorzystuje również technologię próbnika NLTL do dokładnej analizy VNA w zakresie wysokich częstotliwości do 70 GHz pasma podstawowego oraz 110, 125, 145 i 220 GHz pasma szerokopasmowego. Kolejnym krokiem w linii analiz szerokopasmowych jest możliwość wykonywania pomiarów różnicowych do 220 GHz dla optymalnej analizy różnicowej.
Anritsu stoi na stanowisku, że urządzenia VNA będą nadal odgrywać kluczową rolę w analizach 5G, motoryzacyjnych i ogólnej charakterystyce OTA wszystkich urządzeń, od małych UE do dużych pojazdów. Wraz z dalszym wzrostem częstotliwości i konsolidacją on-wafer, potrzeba wykonywania dokładnych kalibracji in-situ, jak również zdolność do dokładnego de-embedingu oprzyrządowania testowego i ścieżek transmisyjnych on-wafer będzie nadal wzrastać.
Nieinwazyjny pomiar stabilności
Kiedy skontaktowaliśmy się z Charlesem Hymowitzem, wiceprezesem ds. sprzedaży & marketingu w firmie Picotest, wspomniał on o ich nieinwazyjnym pomiarze stabilności, opartym na autorskim oprogramowaniu wykorzystującym algorytm matematyczny stworzony przez Steve’a Sandlera. Jednakże firma przeniosła go do wielu urządzeń VNA, bez żadnych opłat, i stara się, aby był on dodawany do jak największej liczby urządzeń. NISM umożliwia użytkownikowi uzyskanie marginesu fazy z pomiaru impedancji wyjściowej.
Wiele układów scalonych zasilających jest stałych i nie mają swoich pętli sterujących dostępnych dla wykresów Bode’a, a wiele regulatorów ma wiele wewnętrznych pętli. W niektórych przypadkach, regulatory stały się tak małe, że przerwanie pętli stało się niepraktyczne. Poza testowaniem obciążenia krokowego, które tak naprawdę nie dostarcza liczby marginesu fazy, nie ma innych sposobów na uzyskanie stabilności pętli sterowania takiego regulatora poza użyciem NISM.
Na przykład, NISM jest dołączony do OMICRON Lab Bode 100 (Rys. 3), jako dodatek programowy do Keysight E5061B/E5071C, jak również Rohde ZNL/ZNLE, oraz linii Copper Mountain CMT VNA. Inne porty są w przygotowaniu.
3. Urządzenia takie jak OMICRON Lab Bode 100 zawierają technologię nieinwazyjnego pomiaru stabilności firmy Picotest.
Wszystkie sondy i iniektory sygnału firmy Picotest mogą być używane z dowolnym VNA, umożliwiając podłączenie DUT do VNA w celu przeprowadzenia różnych pomiarów (Rys. 4). Większość z tych iniektorów (poza elementami związanymi z wykresem Bode’a) jest zastrzeżona i nie jest dostępna u innych producentów VNA. Różne iniektory liniowe, takie jak J2102B, oferują PDN Cable i wspierają PSRR i 2-portowe pomiary impedancji. Aktywny splitter J2161A jest unikalny i może przekształcić oscyloskop w VNA.
4. Wszystkie sondy i wstrzykiwacze sygnału firmy Picotest mogą być używane z każdą VNA.
Wiele nowych oscyloskopów może być używanych jako VNA. Dwudrożny szerokopasmowy rozdzielacz aktywny J2161A firmy Picotest, wraz z transformatorem trybu wspólnego J2102B, może być użyty do przekształcenia wielu nowszych oscyloskopów w VNA o takiej samej lub większej szerokości pasma i czułości jak dedykowane VNA.
Wyzwania
Dwuportowy pomiar impedancji jest obecnie złotym standardem w pomiarach niskiej impedancji, z integralnością zasilania i impedancją PDN (sieci dystrybucji zasilania) jako ogromnym problemem projektowym i wydajnościowym. Oprócz symulacji, pomiar jest niezbędny do zrozumienia, określenia granic i zaprojektowania dobrych sieci PDN.
Aby mierzyć niskie i bardzo niskie impedancje, Picotest stworzył szereg akcesoriów niezbędnych do dokładnego pomiaru, w tym przerywacze pętli uziemienia J2102B/J2113A (niezbędne do usunięcia nieodłącznego błędu pętli grupowej w pomiarze) oraz ultracienki, elastyczny kabel PDN o niskiej stratności (Rys. 5).
5. Niskostratny, ultracienki, elastyczny przewód PDN umożliwia dokładne pomiary.
Podczas pomiarów impedancji PDN w zakresie miliomów i mikroomów krytyczne znaczenie ma poskromienie źródeł błędu pomiarowego, a te produkty to zapewniają. Dodatkowo, Picotest wprowadzi zamiennik dla swojej obecnej 2-portowej sondy, który będzie prawdziwą 4-portową ręczną sondą BROWSER, zdolną do pomiaru impedancji płaszczyzny zasilania w zakresie miliomów. Podłączenie do DUT, szczególnie na gęstych płytkach PCB, jest trudnym aspektem pomiaru impedancji PDN, a nowa 2-portowa sonda Picotest P2102A znacznie ułatwi tę barierę.
Trendy
Tendencja oscyloskopów do włączania funkcji VNA jest znacząca i taka, która może dramatycznie wpłynąć na sprzedaż tradycyjnych przyrządów VNA, zwłaszcza, że producenci zakresów wprowadzają coraz więcej i lepszych interfejsów. Jednym z najważniejszych obecnie obszarów dla VNA jest pomiar integralności zasilania/impedancji sieci zasilającej.
Szczególnie, dwuportowy pomiar impedancji szyny zasilającej staje się krytycznie ważny dla prawie wszystkich systemów. Obejmuje to zasilacze dla szybkich układów cyfrowych lub RF. Tradycyjnie, sondy szyny zasilania były używane do pomiaru szumu w dziedzinie czasu, ale jest to nie do przyjęcia, ponieważ nie wiąże się z możliwymi skokami napięcia, które mogą wystąpić na szynie.
Impedancja może określić stan szyny zasilania i możliwe problemy z wydajnością. Ponadto, pasmo częstotliwości zainteresowania jest od niskiej częstotliwości (10s of Hz) do wielu GHz, co sprawia, że pomiar jest zarówno wyzwaniem, jak i domeną VNA. Firma planuje również wprowadzenie serii 1- i 2-portowych sond, które ułatwią użytkownikom VNA podłączenie się do ich DUT.
Mocne i elastyczne narzędzia
Eksplozja systemów chmurowych i infrastruktur opartych na falach radiowych wywarła ogromny nacisk na inżynierów obsługujących przestrzeń bezprzewodową. Skontaktowaliśmy się z Richiem Pieciakiem, menedżerem produktu dla wektorowych analizatorów sieci w Rohde & Schwarz USA, i zapytaliśmy, co firma wprowadza, aby rozwiązać te problemy. Powiedział nam, że najnowsze platformy wektorowych analizatorów sieci firmy Rohde & Schwarz to rodzina R&S ZNA oraz platforma R&S ZNBT40, w której rozszerzono rozwiązania wieloportowe do 40 GHz, z maksymalnie 24 portami (rys. 6).
6. Platforma R&S ZNBT40 oferuje rozwiązania wieloportowe do 40 GHz, z maksymalnie 24 portami.
Rodzina wysokowydajnych wektorowych analizatorów sieci R&S ZNA adresuje rozwijające się obszary zastosowań dzięki zaawansowanej i elastycznej architekturze sprzętowej. Charakterystyki RF analizatorów R&S ZNA wyróżniają się czułością, zakresem przemiatania mocy i liniowością, wzbogacone o nowatorską architekturę sprzętową z czterema wewnętrznymi źródłami koherentnymi fazowo, dwoma wewnętrznymi oscylatorami lokalnymi i ośmioma odbiornikami, zapewniającymi wysoki poziom wszechstronności pomiarowej.
W tych dwóch rodzinach przyrządów (podobnie jak w rodzinach R&S ZNB i R&S ZND) rozszerzono zakres zastosowań szybkich przyrządów cyfrowych, wprowadzając nowe rozwiązania de-embeddingu, dające klientom możliwość łatwiejszej oceny i wykorzystania uznanych w branży rozwiązań do charakteryzowania szybkich cyfrowych struktur konstrukcyjnych, obsługujących coraz większe zakresy częstotliwości.
Przedzierając się przez aplikację
Postęp technologiczny w aplikacjach bezprzewodowych i lotniczych &obronnych nadal dotyczy zintegrowanych zespołów, które zawierają dużą liczbę portów, ze względu na zaawansowane funkcje, takie jak formowanie wiązki, zintegrowane architektury antenowe i coraz wyższe cyfrowe prędkości transmisji danych. Wszystkie te wysiłki integracyjne wymuszają nowe podejścia do walidacji wydajności.
Architektura przyrządów testowych musi ewoluować, aby zapewnić niezbędny wgląd w wydajność testowanego urządzenia. Architektura R&S ZNA, na przykład, może teraz mierzyć charakterystykę bliskiego pola zespołu antenowego ze zintegrowanym LO dzięki wielu wewnętrznym syntezatorom i podwójnym oscylatorom lokalnym, w połączeniu z podwójną architekturą odbiornika cyfrowego.
6G i inne badania nad zastosowaniami w przestrzeni mmWave kładą zwiększony nacisk na rozszerzenie tradycyjnych pomiarów VNA na obszary częstotliwości do 300 GHz i więcej. Wszechstronna architektura VNA jest najważniejsza dla właściwej charakterystyki komponentu lub odpowiedniego środowiska kanału.
Zastosowanie
Szybkie projekty cyfrowe nadal nabierają znaczenia, szczególnie w obszarach integralności sygnału. Rozprzestrzenianie się różnych standardów i odpowiadające im układy płytek drukowanych wymuszają nowe sposoby sondowania i analizowania sygnałów zarówno w dziedzinie częstotliwości, jak i czasu. Firma Rohde & Schwarz wprowadziła ostatnio narzędzia do lepszej oceny działania projektów i izolowania ich działania od źródeł zewnętrznych, takich jak złącza, kable, sondy itp.
Nowe opcje dotyczące technik de-embeddingu opartych na standardzie P370, Smart Fixture De-embedding firmy Packet Micro, a także In Situ De-Embedding firmy AtaiTec są teraz obsługiwane jako opcje w rodzinach R&S ZNA, R&S ZNB, R&S ZNBT i R&S ZND, aby umożliwić klientom ocenę najbardziej odpowiednich technik do wykorzystania w ich indywidualnych zastosowaniach.
Dostępna jest również opcja dotycząca charakteryzacji płytek drukowanych Delta-L. Pomiary przemiany częstotliwości to kolejny podstawowy obszar pomiarowy, do którego R&S ZNA nadaje się znakomicie dzięki architekturze wielokrotnego syntezera i technikom pomiarowym, takim jak te przeznaczone dla podzespołów z wbudowanymi oscylatorami lokalnymi.
Syntezatory DDS w R&S ZNA są podstawą dla czterech spójnych fazowo i powtarzalnych fazowo źródeł. Użytkownik może zdefiniować amplitudę i różnicę faz pomiędzy czterema sygnałami dla aplikacji takich jak formowanie wiązki lub symulacja celu. Aplikacje mmWave i ciągły postęp w zintegrowanych zespołach wymuszają ciągły postęp w strategii testowej. Platformy testowe muszą odpowiednio ewoluować zarówno w architekturze jak i odpowiadającej jej nauce pomiarowej.
A Changing Landscape
Analizatory sieci charakteryzują komponenty elektroniczne w prawie każdej branży. Podczas gdy ich wszechstronność wzrosła, podstawowa architektura analizatorów sieci pozostała w dużej mierze niezmieniona przez ostatnie kilka dekad. Nowoczesne technologie o wyższych częstotliwościach i szerszym paśmie, takie jak 5G, przesuwają granice możliwości obecnych analizatorów sieci i stwarzają nowe wyzwania dla inżynierów, którzy mierzą urządzenia wielokanałowe.
Matt Campbell, Product Marketing Engineer w Keysight Technologies, zauważył, że źródła analizatorów sieci tradycyjnie nie musiały być bardzo dokładne, ponieważ nieciągłości mogły być po prostu wyeliminowane z pomiarów. Jednak wydajność źródła sygnału może mieć bardziej znaczący wpływ na dzisiejsze złożone pomiary szerokopasmowe i nieliniowe.
Podejmując ten temat, firma Keysight wyposażyła swoje analizatory sieci PNA i PNA-X w takie samo źródło sygnału jak wysokiej klasy generatory sygnału. Dzięki temu, że analizatory te charakteryzują się najniższym dostępnym szumem fazowym, inżynierowie mogą szybko wykonywać pomiary takie jak EVM, pomiary przetworników z fazą oraz analizę sieci nieliniowych, mając pewność co do wyników (Rys. 7).
7. analizator sieci mcrowave N5245B PNA-X firmy Keysight.
Aby pomóc w testach produkcyjnych 5G, firma Keysight wprowadziła swój wektorowy analizator składowych, przedstawiony jako pierwszy modułowy przyrząd wieloportowy, który może wykonywać zarówno analizę sieci, jak i pomiary sygnałów modulowanych. Umożliwia to projektantom wykonywanie pomiarów analizatorów sieci, takich jak S-parametry i wzmocnienie jednocześnie z EVM i ACP.
Matt zauważył, że kiedy klienci szukają analizatorów sieci, aplikacje takie jak pomiary impulsów-RF, analiza widma i analiza w dziedzinie czasu są dla nich często równie ważne jak S-parametry. Ludzie myślą o analizatorach sieci jako ogólnych narzędziach RF, a nie tylko o maszynach do pomiarów S-parametrów, a analizatory sieci Keysighta oferują takie funkcje jak kalibracja z modułem ECal i kreatory, które przeprowadzają przez zaawansowane pomiary.
Analizatory sieci Keysighta pokrywają każdą aplikację, od R&D do produkcji, do testów terenowych z obudowami dostosowanymi do każdej aplikacji. Wygodne i wydajne analizatory VNA USB, wieloportowe VNA z nawet 50 portami oraz wytrzymały ręczny analizator FieldFox zapewniają wydajność wszędzie tam, gdzie jest ona potrzebna. Niemal w każdej branży obserwuje się wzrost częstotliwości i coraz większą integrację urządzeń, dlatego Keysight zapewnia pokrycie częstotliwości aż do częstotliwości milimetrowych, jak również elastyczne aplikacje pomiarowe dla każdego typu urządzenia.
Połączenia są ważne
Łącze każdego rodzaju jest tylko tak dobre, jak jego złącza i kable, a testy nie są tu wyjątkiem. Według Steve Ellisa, Product Line Manager w firmie Pasternack, ich najnowsza linia wysoce elastycznych kabli testowych VNA jest przeznaczona do szerokiego zakresu wymagających zastosowań laboratoryjnych i testowych (Rys. 8). Cechy charakterystyczne obejmują stabilność fazową ±6° przy 50 GHz i ±8° przy 70 GHz z giętkością, jak również VSWR 1,3:1 przy 50 GHz i 1,4:1 przy 70 GHz.
8. Kable testowe VNA firmy Pasternack przeznaczone są do szerokiej gamy wymagających zastosowań laboratoryjnych i testowych.
Te zespoły 50 GHz zakończone są złączami 2,4-mm, natomiast zespoły 70 GHz wykorzystują złącza 1,85-mm. Pleciony, nierdzewny pancerz otaczający koncentryk zapewnia wytrzymały, ale elastyczny kabel o żywotności przekraczającej 100,000 cykli, a kable są zakończone wytrzymałymi, nierdzewnymi złączami, które zapewniają do 5,000 cykli kojarzenia, gdy są podłączone z właściwą starannością. Obie wersje 50 i 70 GHz są oferowane ze złączami typu NMD, z opcjami złączy typu swept right-angle 2,4- i 1,85-mm.
Dodaj komentarz