利用50W實(shí)驗(yàn)設(shè)備測定75W電路的S參數(shù)
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2023-07-24 15:54:36
當(dāng)IC生產(chǎn)廠商需要測定一個(gè)用于有線電視的低噪聲放大器的輸入回波損耗時(shí),所有測量結(jié)果必須以75W為標(biāo)準(zhǔn)。也就是說,如果輸入回波損耗S11=-30dB(反射功率是總功率的千分之一,基本上屬于理想匹配),被75W源阻抗驅(qū)動時(shí),理想情況下,被測器件基本上把所有功率傳遞到低噪聲放大器中。
用于匹配75W被測器件和50W測試端口的損耗焊盤。低頻插入損耗5.72dB。頻率響應(yīng)函數(shù)的平坦度上限由網(wǎng)絡(luò)的配置質(zhì)量決定。
當(dāng)由50W信號源驅(qū)動時(shí),如典型的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、信號發(fā)生器和噪聲系數(shù)表等,相同的調(diào)諧器輸入將不再提供良好的回波損耗特性。直接將這個(gè)完全匹配的電視調(diào)諧器的輸入與一個(gè)50W矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀相連,會產(chǎn)生-14dB的輸入回波損耗,即反射功率將為總功率的1/25。因此,用這個(gè)相同的50W矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀驗(yàn)證電視調(diào)諧器輸入是否正常時(shí),需要采取某些措施。在這種情況下,相應(yīng)的匹配電路是必須的。匹配電路必須具有平坦的頻率響應(yīng)曲線和盡可能低的插入損耗。業(yè)界廣泛認(rèn)可的方案是:使用損耗焊盤(簡稱MLP),簡單的純電阻網(wǎng)絡(luò)。此網(wǎng)絡(luò)明顯的特征是能將輸入和輸出阻抗從75W轉(zhuǎn)換到50W,或者從50W轉(zhuǎn)換到75W。這樣可以消除反射,使響應(yīng)特性變得平坦,并且網(wǎng)絡(luò)的損耗能夠非常簡單地從測試儀器標(biāo)定到被測器件。很多測試設(shè)備生產(chǎn)廠商可以提供此類損耗焊盤,并且網(wǎng)絡(luò)易于建立。
從ZLOAD到ZLOAD' 轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)推導(dǎo)公式參見附錄。所得出的ZLOAD'表達(dá)式說明了測試端口(RSOURCE)的等效MLP和DUT的級聯(lián)阻抗。將公式變形,并用ZLOAD'解出ZLOAD,采取這種方法可以反映出MLP的影響,并且能夠從測試數(shù)據(jù)中測定真實(shí)的ZLOAD值,其結(jié)果為:
相應(yīng)的驗(yàn)算過程也是必要的。例如,通過MLP對一個(gè)75W電阻做阻抗測量,并假定網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀測定RLOAD'=50W (回波損耗無窮大)。假定RLOAD'=50W,得出R1=43.3W,R2=86.6W,如預(yù)期那樣得到 ZLOAD=75W。
用50W VNA測試MAX3558有線/地面廣播系統(tǒng)的低噪聲放大器(兩個(gè)MLP作阻抗轉(zhuǎn)換)
如果將實(shí)部和虛部分開并且利用已得出的數(shù)據(jù)表來計(jì)算。通常對75W被測器件的測試將不僅局限于阻抗測試,回波損耗、增益、反向隔離、噪聲系數(shù)和IIP3輸入三階截點(diǎn)測試也十分常見。在這種情況下,就有必要對MLP做一些總體的說明。
1. 只要RLOAD 接近75W,那么由于MLP的不匹配而產(chǎn)生的額外的駐波比將是的。可以忽略由于不匹配產(chǎn)生的測量誤差。
2. 相反,如果RLOAD 值與75W相差甚遠(yuǎn),那么MLP就不能進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖杩罐D(zhuǎn)換。這將會在測量端口和MLP以及MLP與被測器件之間產(chǎn)生額外的駐波比,從而導(dǎo)致額外的測量誤差。
3.在指定的頻率范圍之外,MLP可以被看作純電阻。它提供了5.7dB的插入損耗,再加上由于連接器和連接線而產(chǎn)生的附加損耗。
4. S11或者S22測量輸出和返回路徑的損耗,傳輸損耗通過S21或S12測量。是插入損耗的兩倍(至少11.4dB),這降低了矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的有效靈敏度和動態(tài)范圍。
假定測量一個(gè)有線/地面廣播電視用低噪聲放大器的S21,如Maxim公司的 MAX3558 四路低噪聲放大器。將被測器件插入檢測裝置,輸入和輸出均有MLP。然后校準(zhǔn)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀,不包括MLP. 將端口1和一個(gè)MLP的50W端口相連,而將75W端口與LNA的輸入相連。相同的情況也適用于另一個(gè)輸出和VNA的端口2。
測量S21(前饋增益)時(shí),矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在500MHz頻率處會指示一個(gè)接近-5dB的增益。來自兩個(gè) MLP及其連接器/適配器的插入損耗為11.5或12.0dB,LNA提供給75W的功率增益是7dB。
S12(反向隔離)的測量就沒有那么直觀。這些低噪聲放大器的隔離參數(shù)是65dB,考慮到兩個(gè)MLP帶來的額外損耗,矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀本身需有77dB的S12。如果不仔細(xì)的話,會由于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀接收端的功率太小而導(dǎo)致無法測量。所以,接收端的功率(端口1的功率)要比矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的噪聲/內(nèi)部隔離至少高10dB,如果沒有隔離校準(zhǔn),大概是-100dBm。因此需要設(shè)定源端口的功率至少是-20dBm,其值是-10dBm或0dBm。當(dāng)端口1有足夠的接收功率時(shí),就可以進(jìn)行測量: 在測量值上增加12dB表示插入損耗。也就是說,-77dB的測量值在被測器件看來變成了-65dB。
MAX3558評估板上提供有焊盤,允許工程師在PCB上插入他們自已想要的損耗焊盤。值得注意的是,必須用50W SMA接頭或類似產(chǎn)品替代75W F型連接器。
在頻率為幾百兆赫茲時(shí),由0402電阻建立起來的PCB板上MLP會產(chǎn)生測量的準(zhǔn)確性問題。寄生效應(yīng)會破壞先前的假設(shè)條件,也即這個(gè)網(wǎng)絡(luò)是純電阻網(wǎng)絡(luò),類似的情況就需要用更復(fù)雜的方法。其中一種方法是完全測定MLP的特性,并且用Smith圓圖標(biāo)定匹配電路帶來的影響。另一種解決辦法是使用由電感組成的轉(zhuǎn)換器進(jìn)行阻抗變換,這樣能減少損耗。射頻轉(zhuǎn)換器通常由它們的阻抗轉(zhuǎn)換率來表示,而不是轉(zhuǎn)換比率,所以經(jīng)常會有"1.5:1"出現(xiàn)。
對頻率小于1GHz實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)來說,由1% 0402或類似電阻組成的PCB板上MLP提供了一種快速、簡便測試75W電路的方法。通常,需要更正的參數(shù)是MLP的插入損耗,即5.7dB加上其它額外的連接器件的損耗。在做基本的S參數(shù)測量時(shí)并不需要復(fù)雜的計(jì)算或Smith圓圖。當(dāng)需要較高的測量或更高的頻率范圍時(shí),高質(zhì)量的MLP通??梢詮膶?shí)驗(yàn)設(shè)備生產(chǎn)廠商獲得。
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