CN102282474B - 数据测量方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明描述了用于在包括阻抗调谐器的测试设置中测量数据的方法和系统。在一个示例性实施方式中，该数据是用于测量噪声参数的数据。每次，针对一种调谐器状态，相对于扫描参数测量数据。

Description

数据测量方法和系统

背景技术

噪声参数通常包括描述设备的噪声指数如何随阻抗匹配而变化的一组数值。噪声参数一般随着诸如频率、偏置或温度等与被测设备相关的条件而变化。噪声参数具有多种形式，但一般可以包括一组四(4)个标量值。常用的组是：

1.Fmin＝最小噪声指数

2.Gamma_opt magnitude＝Gamma_opt的量级，即将会产生Fmin的最佳源gamma

3.Gamma_opt phase＝Gamma_opt的相位，即将会产生Fmin的最佳源gamma

4.rn＝等效噪声电阻，其确定当源gamma远离Gamma_opt时，噪声指数变化的速度。

通过该噪声参数组，任何源阻抗的设备噪声指数一般可以用以下等式描述

F＝Fmin+4*rn*|gamma_opt-gamma_s|^2/(|1+gamma_opt|^2*(1-|gamma_s|^2))

gamma_s＝DUT所见的源反射系数

F＝噪声指数

其它噪声参数形式包括相关矩阵(其具有多个配置)，以及美国国家标准和技术局(National Institute for Standards andTechnology，NIST)所使用的具有正向和反向噪声的组。一般来说，所有的噪声参数形式包含相同的基本信息。因此，若噪声参数的一种形式是已知的，该噪声参数就可以通过数学公式转换成任何其它形式。

通常，以与图1所示的设置相似的设置，通过测量多种阻抗条件下的DUT来测量噪声参数。

传统的测量方法是：

1.根据需要，进行初步系统校准和测量。其一般包括校准测量系统s-参数，包括一个或多个调谐器，这样其可在随后从DUT测量中解嵌。

2.校准噪声接收器参数，这样，噪声接收器可在随后从DUT测量中解嵌。其通常根据图2的流程图实施如下：

a.每次在一种阻抗状态下测量数据，直至完成一个频率。

b.进入下一频率，并重复步骤a。用于噪声接收器校准的调谐器状态组通常将会在不同频率间改变。通常情况下，频率是用于噪音接收器校准的唯一扫描参数，因为影响DUT的其它参数，诸如DUT偏置或DUT温度，不影响噪声接收器。

3.根据图3所示流程图利用准备好的DUT测量所需要的数据，如以下所述：

a.每次在一个调谐器状态下测量所需数据，直到数据采集在一个扫描参数值(比如频率)上完成。由此，可以为该扫描参数值确定噪声参数。除了频率以外，扫描参数也可以是影响DUT性能的其他条件，比如偏置或温度。

b.针对每个感兴趣的扫描参数值，重复步骤a中的测量。用于DUT测量的调谐器状态组通常会随着从一个扫描参数值到下一扫描参数值而改变，因为一般来说，多个源阻抗的组在每个扫描值都是单独确定的。

现有技术的重大局限性在于总测量时间。其可能包括设置时间、调谐器校准、系统校准、接收器校准、以及DUT测量。

附图说明

当结合以下附图阅读时，本发明的特征和优点将通过以下详细描述变得更易理解，其中：

图1为示出典型噪声参数测量设置的示意图。

图2是噪声接收器校准序列的简化流程图。

图3是DUT测量序列的简化流程图。

图4是具有失配探头的机械调谐器的剖面图，该失配探头与中心导体的距离是可变的。

图5是具有与主传输线相连的控制元件的固态调谐器的简化电路图。

图6图表化示出了在一个频率上显示的非均匀相位间隔的例子。

图7是示出了示例性噪声接收器校准序列的流程图。

图8是示出了扫描测量的备选实施方式的流程图。

图9是示出了示例性DUT测量序列的流程图。

图10是固态调谐器的示例性实施方式的简化电路图，其中控制元件的部分与耦合器相连。

具体实施方式

在以下的详细描述及附图的多个图中，类似元件用类似参考编号来标识。附图并非按比例绘制，且为便于说明，相对特征尺寸可能被放大。

本文描述了用于测量噪声参数的方法，其速度远快于现有方法，且可以大大加快整体测量的速度。该方法可以包括系统校准(包括调谐器)、噪声接收器校准以及DUT测量。新方法的示例性实施方式可结合，但不限于，与现有技术所用的相同的设置来使用。

基本思想是选择可在扫描参数(诸如频率或偏置)的多个值上使用的阻抗调谐器状态组。然后，每次在一个调谐器状态下在扫描参数的所需范围内采集所需数据。当针对每一个所选调谐器状态，根据扫描参数采集了数据时，可以为扫描参数的每个值确定噪声参数。

例如，如果选择16个阻抗状态，且扫描参数是频率，那么将每次在一个阻抗状态下进行扫描频率测量，直到完成所有的16个阻抗状态。这可以比在16个状态中的每一个状态下进行单一的频率测量并于随后针对每一个频率进行重复要快得多。

该方法的优点包括：

1.只需将阻抗调谐器设置到各状态一次，而不是在扫描参数的每个值下都单独移动到每个所选状态。

2.现代化仪器在单一扫描中测量数据的速度往往要大大快于一次一个地测量扫描中的点。

3.总体上说，该方法比现有技术要快得多。已证明速度可以提升10倍以上。

根据示例性非限制实施方式，一种选择阻抗调谐器状态的方法包括针对诸如频率或偏置之类的扫描参数的多个值使用固定状态组。这并不排除针对不同频带的扫描参数使用单独的调谐器状态组。例如，许多机械调谐器针对不同的频带使用不同的失配探头。在其中将机械调谐器用作阻抗调谐器的实施方式中，调谐器状态可以对应于调谐器的一个机械设置。此外，调谐器可以配备以一定独立程度改变反射量级和相位的装置。量级控制具有对调谐器状态的特定响应，且该对于调谐器状态的响应被测量。然后，经测量的对调谐器状态的响应可用于自动选择提供期望的点分布的量级控制值。

示例性实施方使用具有失配探头的机械滑动螺旋式调谐器，如图4中所示。通过改变失配探头至调谐器中心导体的距离而获得量级控制。相对于失配探头在其大约中心频率的位置，可以测量该失配探头。对于许多失配探头设计而言，针对所述近似中心频率选择一组满意的探头位置一般会在该失配探头的操作频带上产生满意的反射系数量级分布。甚至当失配探头位置也在一定程度上影响相位时，这仍然起作用。(在实践中，大多数失配探头相对于位置的相位变化低于180度。)选择近似或标称中心频率的方法包括但不限于：基于对失配探头设计的了解，或者通过测量相对于频率的失配并选择具有最高失配的频率，而对其进行选择。一般来说，这种选择探头位置的方法可适合于任何类型的失配探头，尽管有些类型可能要求相对于在一个以上的频率点处的位置的测量。

另一示例性实施方式采用固态调谐器，使用比如PIN二极管或晶体管之类的控制元件，如图5中所示。一个控制值，比如一个控制元件的电流驱动，可以用作量级控制，而另一控制值，比如对应驱动哪个控制元件的选择，可用于相位控制。还可以使用其他变形，比如使用切换线路来改变相位。

在另一示例性实施方式中，可以针对非均匀的相位步进选择调谐器状态。这意味着，在任何特定频率上，从一个相位位置向下一相位位置的相位步进将随着移动通过相位位置列表而改变。一个原因是为了确保相位位置在期望的频率范围内在阻抗平面上(或史密斯圆图(Smith chart)上)保持分离。一个示例性实施方式是使用机械滑动螺旋式调谐器并选择具有对数间隔的滑架位置。图6显示了具有该类型的相位间隔的史密斯圆图。

在又一实施方式中，可以针对非均匀的相位步进选择调谐器状态，且间隔的非均匀度可以改变。该变化可由用户选择，或者其可以取决于一些设置细节，或一些设置参数，比如要覆盖的总期望带宽。例如，随着扫描参数的带宽被加宽，当移动通过相位位置列表时，相位步进会更快地变化。在该示例中，随着扫描参数的带宽变窄，当移动通过相位位置列表时，相位步进将更慢地变化。在扫描仅包括1个点(带宽变为0)的极端情况下，该非均匀性可以变为0，从而产生均匀的相位步进。

在另一示例性实施方式中，提供了一种校准或测量噪声接收器的参数的方法，其中每次针对一个调谐器状态相对于一个扫描参数测量数据。该序列在图7中示出。典型的扫描参数的一个例子可以是频率。应当注意，获取数据的内循环不一定必须在应用软件内完成；该软件可以只是触发在仪器上的测量并一次为整个扫描收集数据，如图8中所示。可以使用任何上述方法选择调谐器状态。

在又一示例性实施方式中，提供了一种测量用于噪声参数的数据的方法，其中每次针对一个调谐器状态根据一个扫描参数测量数据。该序列在图9中示出。典型的扫描参数的例子包括频率或偏置。应当注意，获取数据的内循环不一定必须在应用软件内完成；该软件可以触发在仪器上的测量并一次为整个扫描收集数据，如图8中所示。可以使用任何上述方法选择调谐器状态。

另一示例性实施方式是一种测量噪声参数所需数据的方法，其中每次针对一个调谐器状态根据一个扫描参数测量数据，且该设置中的至少一个调谐器是机械调谐器。该序列在图9中示出。典型的扫描参数的例子包括频率或偏置。应当注意，获取数据的内循环不一定必须在应用软件内完成；该软件可以触发在仪器上的测量并一次为整个扫描收集数据，如图8中所示。可以使用任何上述方法选择调谐器状态。

又一示例性实施方式是一种测量噪声参数所需数据的方法，其中每次针对一个调谐器状态根据一个扫描参数测量数据，且设置中的至少一个调谐器是固态调谐器。该固态调谐器可以两种类型中的一种。第一类型具有一个主要控制反射量级的控制以及另一主要控制相位的控制。一个例子是这样的固态调谐器：其通过控制元件(一般是PIN二极管或晶体管)利用DC电路驱动主要控制量级，并且通过选择控制元件主要控制相位。固态调谐器的这一例子在图5的配置中示出，但不限于此。第二类型的固态调谐器是这样的类型：其中控制元件的部分用耦合器相连，如图10的配置中所示，但不限于此。该实施方式的示例性序列在图9中示出。典型的扫描参数的例子包括频率或偏移。应当注意，获取数据的内循环不一定必须在应用软件内完成；该软件可以备选地触发在装置上的测量并一次为整个扫描收集数据，如图8中所示。可以使用任何上述方法选择调谐器状态。

另一示例性实施方式是一种每次针对一个调谐器状态根据扫描参数测量除噪声外的数据的方法。可以使用任何上述方法选择调谐器状态。

在许多种情况下，测量设置可以使用针对不同操作频带具有不同失配探头的阻抗调谐器(可为多个)。在该例子中，使用频率作为扫描参数，该方法的可能必须一个频带接着一个频带地应用，但是在每一个频带中，新方法的益处依然是非常显著的。

测量方法的一个方面在于选择调谐器状态以产生在每个扫描值(比如频率)上的一组令人满意的阻抗。该方法还可以显著地提高调谐器和接收器的校准速度。

以上连同噪声参数测量一起描述了这一方法，但是在每一阻抗状态上根据一些参数改变测量顺序并继而在最后判断和/或显示结果也可以适用于其他测量，比如非线性设备的负载牵引。扫描参数可以是负载牵引系统所支持的任何参数。

尽管以上描述并说明了本发明主题的具体实施方式，本领域技术人员可以在不偏离本发明范围和精神的前提下作出对其的各种修改和改变。

Claims (32)

1.一种在包括阻抗调谐器的测试设置中测量用于噪声参数的数据的方法，包括：

(i)将调谐器状态设置为一组调谐器状态中的一个；

(ii)将扫描参数设置为一组多个扫描参数值中的一个值；

(iii)在所述调谐器状态和扫描参数值下测量数据；

(iv)针对所述一组多个扫描参数值中的不同扫描参数值重复步骤(ii)和(iii)，直至已针对所述组中的所有扫描参数值测量了数据；

(v)将所述调谐器状态变为所述调谐器状态组中的另一所述调谐器状态；

(vi)重复步骤(ii)、(iii)、(iv)和(v)，直至已针对所述调谐器状态组中的每个所述调谐器状态测量了数据，

其中每次针对一个调谐器状态根据所述参数值组的扫描参数来测量数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述扫描参数是频率。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述扫描参数是施加于被测设备的偏置。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述阻抗调谐器是机械调谐器，且所述调谐器状态组中的每个调谐器状态对应于所述机械调谐器的一个机械设置。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

选择所述调谐器状态组以改变反射量级和相位，以在每个扫描参数值下产生阻抗组，使得对应于所述不同调谐器状态的反射量级和相位位置在每一个扫描参数值下在阻抗平面内是分离的。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述阻抗调谐器是具有失配探头和调谐器中心导体的机械滑动螺旋式调谐器，且所述调谐器状态包括调谐器状态组，其中所述失配探头位于距离所述中心导体的不同距离处，每组具有不同的阻抗量级。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述扫描参数是频率，且每个所述调谐器状态组针对失配探头的近似中心频率而在探头位置选择，以产生在失配探头的工作频带上的点的令人满意的反射系数量级分布。

8.根据权利要求5所述的方法，其中所述调谐器是固态调谐器，其使用多个固态控制元件，且其中第一控制参数值主要用于量级控制，而第二控制参数值主要用于相位控制。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一控制参数是一个控制元件的电流驱动，而所述第二控制参数是关于应驱动所述多个固态控制元件中的哪个固态控制元件的选择。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述控制元件的部分由耦合器连接。

11.根据权利要求5所述的方法，其中针对非均匀的相位步进选择所述调谐器状态。

12.根据权利要求11所述的方法，其中使用机械滑动螺旋式调谐器实施该方法，且使用对数间隔选择滑架位置。

13.根据权利要求5所述的方法，其中所述调谐器包括用于以一定独立度改变反射量级和相位的装置，所述用于改变的装置具有根据所述调谐器状态的特定响应，所述选择步骤包括：

测量用于改变的量级装置根据所述调谐器状态的响应；

根据调谐器状态使用经测量的响应，以选择提供期望的点分布的量级控制值。

14.根据权利要求1所述的方法，其中针对非均匀的相位步进选择所述调谐器状态。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述相位步进间隔中的非均匀性随频率带宽而改变。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述测试设置包括噪声接收器或分析器，并且收集所述用于噪声参数的数据，用于校准或测量所述噪声接收器或分析器的参数。

17.根据权利要求1所述的方法，其中所述测试设置进一步包括噪声接收器或分析器，所述方法进一步包括：

使用经测量数据来确定被测设备的噪声参数。

18.一种自动测试设置，其中通过应用软件实施根据权利要求1-17中任意项的方法。

19.一种在包括阻抗调谐器的测试设置中测量数据的方法，包括：

(i)将调谐器状态设置为一组调谐器状态中的一个；

(ii)将扫描参数设置为一组多个扫描参数值中的一个值，并且其中所述扫描参数为频率；

(iii)在所述调谐器状态和扫描参数值下测量数据；

(iv)针对所述一组多个扫描参数值中的不同扫描参数值重复步骤(ii)和(iii)，直至已针对所述组中的所有扫描参数值测量了数据；

(v)将所述调谐器状态变为所述调谐器状态组中的另一所述调谐器状态；

(vi)重复步骤(ii)、(iii)、(iv)和(v)，直至已针对所述调谐器状态组中的每个所述调谐器状态测量了数据，

其中每次针对一个调谐器状态根据所述参数值组的扫描参数来测量数据。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述阻抗调谐器是机械调谐器，且所述调谐器状态组中的每个调谐器状态对应于所述机械调谐器的一个机械设置。

21.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：

选择所述调谐器状态组以改变反射量级和相位，以在每个扫描参数值下产生阻抗组，使得对应于所述不同调谐器状态的反射量级和相位位置在每一个扫描参数值下在阻抗平面内是分离的。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述阻抗调谐器是具有失配探头和调谐器中心导体的机械滑动螺旋式调谐器，且所述调谐器状态包括调谐器状态组，其中所述失配探头位于距离所述中心导体的不同距离处，每组具有不同的阻抗量级。

23.根据权利要求22所述的方法，其中每个所述调谐器状态组针对失配探头的近似中心频率而在探头位置选择，以产生在失配探头的工作频带上的点的令人满意的反射系数量级分布。

24.根据权利要求21所述的方法，其中所述调谐器是固态调谐器，其使用多个固态控制元件，且其中第一控制参数值主要用于量级控制，而第二控制参数值主要用于相位控制。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述第一控制参数是一个控制元件的电流驱动，而所述第二控制参数是关于应驱动所述多个固态控制元件中的哪个固态控制元件的选择。

26.根据权利要求24所述的方法，其中所述控制元件的部分由耦合器连接。

27.根据权利要求21所述的方法，其中针对非均匀的相位步进选择所述调谐器状态。

28.根据权利要求27所述的方法，其中使用机械滑动螺旋式调谐器实施该方法，且使用对数间隔选择滑架位置。

29.根据权利要求21所述的方法，其中所述调谐器包括用于以一定独立度改变反射量级和相位的装置，所述用于改变的装置具有根据所述调谐器状态的特定响应，所述选择步骤包括：

测量用于改变的量级装置根据所述调谐器状态的响应；

根据调谐器状态使用经测量的响应，以选择提供期望的点分布的量级控制值。

30.根据权利要求19所述的方法，其中针对非均匀的相位步进选择所述调谐器状态。

31.根据权利要求30所述的方法，其中相位步进间隔中的非均匀性随频率带宽而改变。

32.一种在包括阻抗调谐器的测试设置中测量数据的设备，包括：

(i)用于将调谐器状态设置为一组调谐器状态中的一个的装置；

(ii)用于将扫描参数设置为一组多个扫描参数值中的一个值的装置，并且其中所述扫描参数为频率；

(iii)用于在所述调谐器状态和扫描参数值下测量数据的装置；

(iv)用于针对所述一组多个扫描参数值中的不同扫描参数值重复步骤(ii)和(iii)直至已针对所述组中的所有扫描参数值测量了数据的装置；

(v)用于将所述调谐器状态变为所述调谐器状态组中的另一所述调谐器状态的装置；

(vi)用于重复步骤(ii)、(iii)、(iv)和(v)直至已针对所述调谐器状态组中的每个所述调谐器状态测量了数据的装置，

其中每次针对一个调谐器状态根据所述参数值组的扫描参数来测量数据。

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