Анализ цепей в миллиметровом диапазоне

Специалисты компании Keysight подготовили пять практических советов, необходимых при проведении анализа цепей в миллиметровом диапазоне частот. Эти рекомендации позволяют методически повысить точность проводимых измерений.

Совет № 1. Обеспечьте получение точных и воспроизводимых результатов измерений

Создание собственного решения для анализа цепей миллиметрового диапазона может повлечь за собой определенные сложности и значительные временные затраты. Более того, технические характеристики полученного таким путем решения в части стабильности и точности не будут гарантированы.

Наилучшей альтернативой становится готовое решение, конфигурация которого включает двух- или четырехпортовый анализатор цепей, а также все необходимые для работы в миллиметровом диапазоне длин волн кабели, расширители частотного диапазона и контроллер измерительного блока. Примером такого решения служат измерительные системы N5290/91A, которые могут быть построены на основе анализаторов цепей серий PNA или PNA-X с максимальными рабочими частотами 26,5 или 67 ГГц.

Анализаторы цепей миллиметрового диапазона N5290A и N5291A компании Keysight

В результате пользователь получает решение, позволяющее выполнять высококачественные измерения параметров устройств на подложках и в различных типах трактов в широком диапазоне частот, включая миллиметровый диапазон длин волн. Гарантией точных и повторяемых результатов измерений на подложках является совместимость измерительных систем N5290/91A с решениями для измерений на подложках, разработанными компанией Keysight и ее партнером, компанией FormFactor.

Совет № 2. Выполняйте калибровку для повышения точности измерений

Калибровка поможет обеспечить наилучшие результаты измерений во всем диапазоне рабочих частот создаваемого устройства. Анализаторы цепей компании Keysight миллиметрового диапазона способны выполнять измерения в широком диапазоне частот от 900 до 120 ГГц.

Для калибровки анализаторов цепей N5290/91A используются комплекты калибровочных и верификационных мер в тракте 1,0 мм. Специализированный верификационный комплект и новый датчик мощности с диапазоном рабочих частот 0–120 ГГц обеспечивают прослеживаемость результатов измерений и снижение их суммарной погрешности за счет точной оценки величин остаточных составляющих систематической погрешности измерений. Кроме того, автоматический учет и исключение из результатов измерений параметров оснастки обеспечивают более высокую точность калибровки в плоскости касания зондов, что уменьшает погрешность измерений на подложках.

Парные компактные модули расширения частотного диапазона имеют усиленные соединители измерительных портов в тракте 1,0 мм, которые гарантируют повторяемость подключений изо дня в день, от измерения к измерению. Все это уменьшает погрешность измерений по результатам выполнения калибровки и улучшает показатели точности измерений системы в целом.

Качественная калибровка, учет и исключение из результатов измерений параметров оснастки в совокупности значительно повышают точность измерений на подложках

Совет № 3. Ускорьте выполнение сложных программ испытаний

Новое поколение монолитных интегральных схем СВЧ-диапазона имеет в своем составе компоненты, которые функционируют в основной полосе частот, на ВЧ, СВЧ и в миллиметровом диапазоне длин волн. Векторный анализатор цепей (ВАЦ), который способен обеспечить панорамные измерения в диапазоне частот от герц до гигагерц, позволяет измерять параметры всех этих компонентов с использованием одной измерительной системы.

Необходимость подключать, отключать и переподключать исследуемую интегральную схему (ИС) к нескольким анализаторам связана с неудобствами и значительными временными затратами. Оптимальным решением здесь становится векторный анализатор цепей, чья архитектура разрешает выполнять множество измерений за одно подключение. При использовании анализатора серии PNA-X такая архитектура позволяет за одну серию подключений измерить целый ряд характеристик пассивных и активных устройств: S-параметры, коэффициент шума, компрессию усиления, суммарный коэффициент гармоник, интермодуляционные искажения и параметры спектра.

Возможность управления частотой и фазой сигналов на выходе источников упростит измерения параметров квадратурных модуляторов и преобразователей частот, а также дифференциальных смесителей и усилителей. Управляя величиной относительного сдвига фаз сигналов, формируемых источниками, пользователь может обойтись без гибридных мостов и симметрирующих устройств.

Высокая степень интеграции современных ИС СВЧ-диапазона и других радиотехнических устройств с широким диапазоном рабочих частот нередко означает, что приходится проверять целый ряд функций и характеристик устройства, которое может иметь ограниченное число контрольных точек для подключения измерительного оборудования. Измерительные системы, позволяющие выполнять множество измерений за одно подключение, идеально подходят для решения подобных задач

Совет № 4. Упростите подготовку испытательных систем к проведению измерений

Программные средства анализаторов цепей компании Keysight позволят сэкономить время, обеспечить правильную конфигурацию схемы измерений, а также проводить более глубокий анализ характеристик устройств с использованием следующих режимов измерений:

Скалярные параметры смесителей/преобразователей частот: поддержка измерений скалярных характеристик смесителей и преобразователей частот.
Компрессия усиления: измерение полного набора параметров усилителей и преобразователей частот.
Коэффициент шума: углубленный анализ характеристик преобразователей частот.
Дифференциальные и квадратурные устройства: измерение параметров усилителей и смесителей.
Анализ спектра: анализ спектра в многоканальном режиме с применением калибровки.

Все эти программные средства оптимизированы для работы с интерфейсом сенсорного дисплея. При этом возможность использования ПО на множестве измерительных приборов максимально повышает эффективность эксплуатации оборудования, расширяя функциональные возможности измерительного прибора до нужного уровня, в нужном месте и в нужное время.

Интерфейс пользователя, оптимизированный для работы с сенсорным дисплеем, упрощает анализ результатов. В нем предусмотрены различные окна, ориентированные на выполнение конкретных задач, например конфигурирование измерительной системы для проведения измерений в миллиметровом диапазоне. Новым пользователям такие окна помогут быстро вникнуть в суть и достигнуть лучших результатов

Совет № 5. Сократите затраты на измерения

Охват более широкого диапазона частот сокращает стоимость измерительных решений. К примеру, если заказчик использует ВАЦ миллиметрового диапазона с нижней границей рабочего диапазона частот 900 Гц, ему не нужно приобретать специализированный ВАЦ для диапазона низких частот. Еще два преимущества: перемещение ИУ между меньшим количеством измерительных установок (испытательных стендов) увеличивает выход качественной продукции за счет снижения вероятности повреждений; использование одного ВАЦ снижает сложность измерительной системы и упрощает разработку прикладного программного обеспечения для нее.

Дальнейшего снижения затрат на измерения можно добиться путем оптимизации процедуры калибровки. Она начинается с обеспечения поддержки одной калибровки при различных настройках измерительной системы. Для этого требуется исключительная стабильность измерительной системы на продолжительном интервале времени, в течение всего цикла испытаний или производства продукции. В измерительных системах N5290/91A функция cal all («калибровка всего») позволяет выполнять одну калибровку и применять ее при различных настройках измерений и подключениях в системе.

Имея показатель нестабильности по амплитуде менее 0,015 дБ, широкодиапазонные ВАЦ миллиметрового диапазона длин волн могут использовать одну калибровку на протяжении 24 ч, сохраняя величину погрешности измерений на прежнем уровне

Комментарий специалиста

В последнее время тема миллиметрового диапазона частот из теоретических обсуждений ученых мужей уверено перекочевала в область практического применения. Преимущества новых частотных диапазонов очевидны, но при этом сталкивают нас с новыми профессиональными вызовами в области измерительных технологий. То, что раньше могло казаться незначительным, сегодня приобретает ключевую роль в достижении необходимых ТТХ изделий.