CN101369825B

CN101369825B - 四端口微带传输线网络串扰测量装置

Info

Publication number: CN101369825B
Application number: CN2007101202852A
Authority: CN
Inventors: 张昀; 哈森其其格; 李亮; 祝宁华
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2007-08-15
Filing date: 2007-08-15
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2027-08-15
Also published as: CN101369825A

Abstract

本发明一种四端口微带传输线网络串扰测量装置，其特性在于，其中包括：一矢量网络分析仪，该矢量网络分析仪包括一数据端及两信号端，两信号端各连接一条同轴电缆；多个同轴标准，该多个同轴标准与矢量网络分析仪的信号端配合，用于插接测量待测电路；一数字信号处理器，该数字信号处理器通过一数据线与矢量网络分析仪的数据端连接，接收矢量网络分析仪测量的数据进行运算。

Description

四端口微带传输线网络串扰测量装置

技术领域

本发明属于微波电路测量领域，更具体说是一种四端口微带传输线网络串扰测量装置，该装置可以测量高频微带电路所有散射参数尤其是表征串扰和耦合的参数。

背景技术

集成电路设计正向高频率，小体积，多元件的方向发展，这就导致电路内部各元件及传输线之间相互的串扰越来越大，严重地制约了集成电路的发展。相应的，如何对其进行测量和表征也是电路设计和应用所面临的一个实际性的任务。

目前普遍使用的矢量网络分析仪误差测量模型，例如八项模型和十二项模型，都没有表征串扰的误差项，实际电路测量是用同轴电缆将电路连接到矢量网络分析仪，通过六次不同的测量才可以得出所有的散射参数。这种方法的弊端在于电缆反复的连接和断开会引入重复性误差，并且只能获得包括夹具的参数，而不是传输线本身的散射参数。

相比于其他误差模型而言，16项误差模型可以计入所有的误差项，包括泄漏、耦合和串扰，简化了校准过程，便于进行电路、噪声、寄生分析，同时与大家所熟知的散射参数校准方法有相同的精度。它在四端口的电路测量中可以获得很好的应用。

发明内容

为了解决以上电路测试问题，本发明的目的在于提供一种四端口微带传输线网络串扰测量装置，它可精确测量高频微带传输线电路所有散射参数，包括串扰和耦合。该装置不仅可以测出电路的所有散射参数的幅度和相位，而且可以得出扣除夹具影响的传输线本身的散射参数的幅度和相位。

本发明解决其技术问题的技术方案是：

本发明一种四端口微带传输线网络串扰测量装置，其特性在于，其中包括：

一矢量网络分析仪，该矢量网络分析仪包括一数据端及两信号端，两信号端各连接一条同轴电缆；

多个同轴标准，该多个同轴标准与矢量网络分析仪的信号端配合，用于插接测量待测电路；

一数字信号处理器，该数字信号处理器通过一数据线与矢量网络分析仪的数据端连接，接收矢量网络分析仪测量的数据进行运算。

其中矢量网络分析仪是在20GHz的范围内双向测试，同轴标准的测量范围同样为20GHz。

其中数字信号处理器是采用十六项误差模型计算得出四端口网络以及微带传输线本身的所有散射参数的幅度和相位。

其中数字信号处理器是采用最小二乘近似来提高测试精度。

其中多个同轴标准分别为一个直通标准、两个匹配标准、两个开路标准、两个短路标准，在测试中他们组合成直通、匹配-匹配、开路-开路、短路-短路、短路-开路五种组合。

其中还包括二单根微带线，该单根微带线的两端焊接SMA同轴接口，通过同轴电缆与矢量网络分析仪的信号端连接，矢量网络分析仪的数据端通过数据线与数字信号处理器连接，实现数据的传输；通过对二单根微带线的测量，数字信号处理器可以最终获得传输线本身的散射参数。

其中二单根微带线的阻值为50欧姆，其长度差是12.69mm。

本发明的有益效果是：本测量装置采用通用的矢量网络分析仪测量和数字信号处理器计算相结合的结构。利用这种结构的测量有如下优点：

1、测量过程简单，电路连接矢量网络分析仪的一侧不需反复拆接，可以减少传统测量方法的重复性误差。

2、可以算出电路(包括SMA(Sub-Miniature-A)连接器)的所有S参数的幅度和相位，从而得到电路相互之间的串扰和耦合的信息。

3、经过数字信号处理器进一步的计算，最终可以得到扣除夹具影响的，传输线本身的散射参数。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，其中：

图1是四端口微带传输线网络串扰测量装置的结构示意图(测量待测电路部分)。

图2是四端口微带传输线网络串扰测量装置的结构示意图(测量双线散射参数部分)。

具体实施方式

请参阅图1及图2，本发明一种四端口微带传输线网络串扰测量装置，其中包括：

一矢量网络分析仪1，该矢量网络分析仪1包括一数据端11及两信号端12，两信号端12各连接一条同轴电缆52、53；该矢量网络分析仪1是在20GHz的范围内双向测试，同轴标准3的测量范围同样为20GHz；

多个同轴标准3，该多个同轴标准3与矢量网络分析仪1的信号端12配合，用于插接测量待测电路2；该多个同轴标准3分别为一个直通标准、两个匹配标准、两个开路标准、两个短路标准，在测试中他们组合成直通、匹配-匹配、开路-开路、短路-短路、短路-开路五种组合；

一数字信号处理器4，该数字信号处理器4通过一数据线51与矢量网络分析仪1的数据端11连接，接收矢量网络分析仪1测量的数据进行运算；该数字信号处理器4是采用十六项误差模型计算得出四端口网络以及微带传输线本身的所有散射参数的幅度和相位，该数字信号处理器4是采用最小二乘近似来提高测试精度。

其中还包括二单根微带线6，该单根微带线6的两端焊接SMA同轴接口61、62，通过同轴电缆52、53与矢量网络分析仪1的信号端连接，矢量网络分析仪1的数据端11通过数据线51与数字信号处理器4连接，实现数据的传输。通过对二单根微带线6的测量，数字信号处理器4可以最终获得传输线本身的散射参数。

其中所述的二单根微带线6的阻值为50欧姆，其长度差是12.69mm。

请再参阅图1、图2。在图1的实施例中，待测四端口微带电路2连接在一矢量网络分析仪1信号端12(通过两根同轴电缆52、53)和配套的多个同轴标准3中，微带电路端口为四个SMA(Sub-Miniature-A)微带同轴转接头，矢量网络分析仪采用HP8720D，并对其从0.05-20.05GHz采用401点校准。3为与矢量网络分析仪配套的T(直通)、M(匹配)、O(开路)、S(短路)同轴标准。按照组合T、MM、SS、OO、SO的组合分别连接在待测电路的两端。矢量网络分析仪测量五组数据，将测得的结果通过一数据线51传输到一数字信号处理器4中，用编写的程序进行矢量运算，可以得出电路所有散射参数。图2中，两端焊接相同SMA同轴接口61、62，长度差为12.69mm的两根50欧姆匹配线6，分别通过同轴电缆52、53连接在矢量网络分析仪的信号端12，将矢量网络分析仪测得的结果通过数据线51传输到数字信号处理器4中，通过矢量运算可以求出扣除夹具影响的微带线本身的散射参数。

程序部分是基于信号流图和矢量矩阵进行运算的。

一、电路散射参数的求解

根据公式：

T₁S_a+T₂＝S_m(T₃S_a+T₄)，(1)

其中T₁、T₂、T₃、T₄是网络的16项误差传输参数，它们和16项散射参数可以互相换算。由5组同轴标准测试可以得到20个关于误差参数tij的线性方程，其中15个是独立的。选取18个方程，运用数据冗余技术-最小二乘近似(LSF)来提高求解的精度：

W*T_c＝U

转换为

T_c＝(W*W)^-1W*U (2)

算出电路的T参数后，通过公式转换，即可得出所有包括幅度和相位的散射参数。

二、扣除夹具后的散射参数

在同轴环境下的电路，其测试的最终结果往往是为了获得传输线本身的散射参数。

在第二步测试中，首先求出SMA同轴接头夹具的散射参数。选取的两根两端焊接SMA同轴接口、不同长度的50欧姆匹配线，其长度差要避免两根线的位相差在所对应的测试频率的180°附近。这里选择的长度差是12.69mm。

将短线设为T(直通)连接在左右夹具中，长线设为D(延迟)连接在左右夹具中。根据公式(3)可以算出D的散射参数，然后由公式(4)算出夹具的散射参数。

\frac{S_{T 21}}{S_{D 21}} + \frac{S_{D 12}}{S_{T 12}}

= \frac{M_{T 11} \cdot M_{D 22} + M_{D 11} \cdot M_{T 22} - M_{T 11} \cdot M_{T 22} + M_{T 12} \cdot M_{T 21} - M_{D 11} \cdot M_{D 22} + M_{D 12} \cdot M_{D 21}}{M_{T 12 \cdot} M_{D 21}} - - - (3)

[\begin{matrix} 1 & S_{T 11} M_{T 11} & - S_{T 11} & 0 & S_{T 21} M_{T 12} & 0 \\ 0 & S_{T 12} M_{T 11} & - S_{T 12} & 0 & S_{T 22} M_{T 12} & 0 \\ 0 & S_{T 11} M_{T 21} & 0 & 0 & S_{T 21} M_{T 22} & - S_{T 21} \\ 0 & S_{T 12} M_{T 21} & 0 & 1 & S_{T 22} M_{T 22} & - S_{T 22} \\ 1 & S_{D 11} M_{D 11} & - S_{D 11} & 0 & S_{D 21} M_{D 12} & 0 \\ 0 & S_{D 12} M_{D 21} & 0 & 1 & S_{D 22} M_{D 22} & - S_{D 22} \end{matrix}] [\begin{matrix} L_{11} \\ L_{22} \\ ΔL \\ k R_{11} \\ k R_{22} \\ kΔR \end{matrix}] = [\begin{matrix} M_{T 11} \\ k M_{T 12} \\ M_{T 21} \\ k M_{T 22} \\ M_{D 11} \\ k M_{D 22} \end{matrix}] - - - (4)

Q₁＝A₂ ^-1[(T₁-A₁T₃)+(T₂-A₁T₄)B₁]B₃ ^-1(5)

Q₂＝A₂ ^-1[(T₂-A₁T₄)(B₂-B₁B₃ ^-1B₄)-(T₄-A₁T₃)B₃ ^-1B₄](6)

Q₃＝[A₄A₂ ^-1(T₁+T₂B₁)+(A₃-A₄A₂ ^-1A₁)(T₃+T₄B₁)]B₃ ^-1(7)

Q₄＝[A₃T₄+A₄A₂ ^-1(T₂-A₁T₄)](B₂-B₁B₃ ^-1B₄)-[A₃T₃+A₄A₂ ^-1(T₁-A₁T₃)]B₃ ^-1B₄

(8)

再将四端口电路演化为带夹具的八端口级联电路，根据信号流图，推导出公式(5-8)，最终算出传输线自身的散射参数。

以上所述的具体实施方式和实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种四端口微带传输线网络串扰测量装置，其特性在于，其中包括：

一矢量网络分析仪，该矢量网络分析仪包括一数据端及两信号端，两信号端各连接一条同轴电缆，该矢量网络分析仪是在20GHz的范围内双向测试，同轴标准的测量范围同样为20GHz；

多个同轴标准，该多个同轴标准与矢量网络分析仪的信号端配合，用于插接测量待测电路，该多个同轴标准分别为一个直通标准、两个匹配标准、两个开路标准、两个短路标准，在测试中他们组合成直通、匹配-匹配、开路-开路、短路-短路、短路-开路五种组合；

一数字信号处理器，该数字信号处理器通过一数据线与矢量网络分析仪的数据端连接，接收矢量网络分析仪测量的数据进行运算，该数字信号处理器是采用十六项误差模型计算得出四端口网络以及微带传输线本身的所有散射参数的幅度和相位。

2.如权利要求1所述的一种四端口微带传输线网络串扰测量装置，其特征在于，其中数字信号处理器是采用最小二乘近似来提高测试精度。

3.如权利要求1所述的一种四端口微带传输线网络串扰测量装置，其特征在于，其中还包括二单根微带线，该单根微带线的两端焊接SMA同轴接口，通过同轴电缆与矢量网络分析仪的信号端连接，矢量网络分析仪的数据端通过数据线与数字信号处理器连接，实现数据的传输；通过对二单根微带线的测量，数字信号处理器最终获得传输线本身的散射参数。

4.如权利要求3所述的一种四端口微带传输线网络串扰测量装置，其特征在于，其中二单根微带线的阻值为50欧姆，其长度差是12.69mm。