CN105425014A - 板级射频电流的时域测量、测量校准及校准验证系统 - Google Patents

板级射频电流的时域测量、测量校准及校准验证系统 Download PDF

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方文啸
丘海迷
陈义强
刘远
陈立辉
黄云
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Abstract

本发明公开了一种板级射频电流的时域测量、测量校准及校准验证系统，所述板级射频电流的时域测量系统包括磁场探头、示波器、处理器；磁场探头的输出端连接示波器的通道一，待测板级射频电流设置在微带线测试板的微带线处，处理器用于根据示波器测量的数据得到待测板级射频电流值，示波器的内部阻抗与微带线特征阻抗匹配。本发明在测量之前进行校准、校准验证，提高后面电流测量结果的准确性，同时采用非接触的方式测试板级射频电流，不会干预被测系统，保证被测系统的正常运行，适合实际应用。

Description

板级射频电流的时域测量、测量校准及校准验证系统
技术领域
本发明涉及板级射频电流技术领域，特别是涉及一种板级射频电流的时域测量、测量校准及校准验证系统。
背景技术
所谓时域测量，就是测量变量随时间的变化数据。现有技术中板级射频电流时域测试需要直接接触被测点，这种直接接触会干预被测系统，例如修改系统或者停止系统。随着被测对象的日益复杂，直接接触测试电流带来越来越多的问题。
发明内容
基于上述情况，本发明提出了一种板级射频电流的时域测量、测量校准及校准验证系统，在测量之前进行校准、校准验证，并采用非接触的方式测试板级射频电流，适合实际应用。
为了实现上述目的，本发明技术方案的实施例为：
一种板级射频电流的时域测量校准系统，包括磁场探头、网络分析仪、负载、处理器；
所述磁场探头的输出端连接所述网络分析仪的端口一，微带线测试板的微带线的一端连接所述网络分析仪的端口二，所述微带线的另一端连接所述负载，所述处理器用于根据所述网络分析仪测量的数据得到校准因子，所述负载的阻值与所述微带线特征阻抗匹配。
一种板级射频电流的时域测量校准验证系统，包括磁场探头、任意波形发生器、示波器、处理器；
所述磁场探头的输出端连接所述示波器的通道一，微带线测试板的微带线的一端连接所述示波器的通道二，所述微带线的另一端连接所述任意波形发生器的输出端，所述处理器用于根据所述示波器测量的数据验证校准因子的正确性，所述示波器的内部阻抗和所述任意波形发生器的内部阻抗与所述微带线特征阻抗匹配。
一种板级射频电流的时域测量系统，包括磁场探头、示波器、处理器；
所述磁场探头的输出端连接所述示波器的通道一，待测板级射频电流设置在微带线测试板的微带线处，所述处理器用于根据所述示波器测量的数据得到待测板级射频电流值，所述示波器的内部阻抗与所述微带线特征阻抗匹配。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明板级射频电流的时域测量、测量校准及校准验证系统，在测量之前进行校准、校准验证，提高后面电流测量结果的准确性，同时采用非接触的方式测试板级射频电流，不会干预被测系统，保证被测系统的正常运行，适合实际应用。
附图说明
图1为一个实施例中板级射频电流的时域测量校准系统结构示意图；
图2为一个实施例中板级射频电流的时域测量校准验证系统结构示意图；
图3为一个实施例中板级射频电流的时域测量系统结构示意图；
图4为一个实施例中校准因子K(ω)示意图；
图5为一个实施例中测量得到的待测板级射频电流I(t)示意图；
图6为一个实施例中实际待测板级射频电流I′(t)示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
一个实施例中板级射频电流的时域测量校准系统，包括磁场探头、网络分析仪、负载、处理器；
如图1所示，所述磁场探头的输出端连接所述网络分析仪的端口一，微带线测试板的微带线的一端连接所述网络分析仪的端口二，所述微带线的另一端连接所述负载，所述处理器用于根据所述网络分析仪测量的数据得到校准因子，所述负载的阻值与所述微带线特征阻抗匹配。
从以上描述可知，本发明板级射频电流的时域测量校准系统在测量前进行校准，保证后续测量结果的准确性。
其中，所述处理器根据公式K(ω)＝S12*Z0得到校准因子K(ω)，其中S12为所述网络分析仪上测量得到的传输系数，Z0为所述微带线特征阻抗，简单、准确，适合应用。
此外，在一个具体示例中，所述板级射频电流的时域测量校准系统还包括夹具、支架和样品台，所述磁场探头固定在所述夹具上，所述夹具固定在所述支架上，所述微带线测试板固定在所述样品台上；夹具固定在支架上后可以随意转动角度，整个探头垂直于样品台，方便后续操作，满足实际需求。
一个实施例中板级射频电流的时域测量校准验证系统，包括磁场探头、任意波形发生器、示波器、处理器；
如图2所示，所述磁场探头的输出端连接所述示波器的通道一，微带线测试板的微带线的一端连接所述示波器的通道二，所述微带线的另一端连接所述任意波形发生器的输出端，所述处理器用于根据所述示波器测量的数据验证校准因子的正确性，所述示波器的内部阻抗和所述任意波形发生器的内部阻抗与所述微带线特征阻抗匹配。
从以上描述可知，本发明板级射频电流的时域测量校准验证系统验证上述校准是否准确，使整个处理过程更加严密、精确。
其中，所述处理器根据所述示波器测量的数据得到：FS(ω)＝FFT[VS(t)]，FSK(ω)＝FS(ω)K(ω)，VSK(t)＝IFFT[FSK(ω)]，其中VS(t)为所述示波器的通道二输出的数据，K(ω)为校准因子，FFT表示傅立叶变换，IFFT表示反傅立叶变换；
将得到的VSK(t)与VP(t)进行比较，根据比较结果验证所述校准因子K(ω)的正确性，其中VP(t)为所述示波器的通道一输出的数据；将VSK(t)与VP(t)进行对比，当两者一致时，验证校准因子K(ω)是正确的。
此外，在一个具体示例中，所述板级射频电流的时域测量校准验证系统还包括夹具、支架和样品台，所述磁场探头固定在所述夹具上，所述夹具固定在所述支架上，所述微带线测试板固定在所述样品台上；夹具固定在支架上后可以随意转动角度，整个探头垂直于样品台，方便后续操作，适合应用。
一个实施例中板级射频电流的时域测量系统，包括磁场探头、示波器、处理器；
如图3所示，所述磁场探头的输出端连接所述示波器的通道一，待测板级射频电流设置在微带线测试板的微带线处，所述处理器用于根据所述示波器测量的数据得到待测板级射频电流值，所述示波器的内部阻抗与所述微带线特征阻抗匹配。
从以上描述可知，本发明板级射频电流的时域测量系统采用非接触的方式测试板级射频电流，不会干预被测系统，保证被测系统的正常运行。
其中，所述处理器根据所述示波器测量的数据得到：FMe(ω)＝FFT[VMe(t)]，FMeK(ω)＝FMe(ω)·K(ω)，VMeK(t)＝IFFT[FMeK(ω)]，I(t)＝VMeK(t)/R，其中VMe(t)为所述示波器的通道一输出的数据，K(ω)为校准因子，I(t)为待测板级射频电流，R为所述示波器的内部阻抗，FFT表示傅立叶变换，IFFT表示反傅立叶变换，采用非接触的方式得到板级射频电流，满足实际应用需要。
此外，在一个具体示例中，所述板级射频电流的时域测量系统还包括夹具、支架和样品台，所述磁场探头固定在所述夹具上，所述夹具固定在所述支架上，所述微带线测试板固定在所述样品台上；夹具固定在支架上后可以随意转动角度，整个探头垂直于样品台，方便后续操作，适合应用。
为了更好地理解上述方法，以下详细阐述一个本发明板级射频电流的时域测量、测量校准及校准验证系统的应用实例。
一个应用实例中板级射频电流的时域测量校准系统可以包括夹具、支架、样品台、磁场探头、网络分析仪、50Ω标准负载、处理器；
磁场探头固定在夹具上，夹具固定在支架上，夹具固定在支架上后可以随意转动角度，整个磁场探头垂直于样品台，微带线测试板固定在样品台上，网络分析仪的端口一和端口二分别与磁场探头的输出端以及被测微带线的一端连接，被测微带线的另一端与50Ω的负载连接，该负载的阻值与被测微带线特征阻抗匹配，处理器根据公式K(ω)＝S12*Z0得到校准因子K(ω)，其中S12为网络分析仪上测量得到的传输系数，Z0为被测微带线特征阻抗50Ω，一个实施例中得到的校准因子K(ω)如图4所示。
一个应用实例中板级射频电流的时域测量校准验证系统可以包括夹具、支架、样品台、磁场探头、任意波形发生器、示波器、处理器；
磁场探头固定在夹具上，夹具固定在支架上，夹具固定在支架上后可以随意转动角度，整个磁场探头垂直于样品台，微带线测试板固定在样品台上，示波器的通道一和通道二分别与磁场探头输出端和被测微带线的一端连接，被测微带线的另一端与任意波形发生器的输出端连接，示波器的内部阻抗和任意波形发生器的内部阻抗与微带线特征阻抗匹配；
设置示波器和任意波形发生器内部阻抗为50欧，并给被测微带线输入任意波形(比如方波、三角波或者锯齿波均可)，处理器根据示波器测量的数据得到：FS(ω)＝FFT[VS(t)]，FSK(ω)＝FS(ω)K(ω)，VSK(t)＝IFFT[FSK(ω)]，其中VS(t)为示波器的通道二输出的数据，K(ω)为校准因子，FFT表示傅立叶变换，IFFT表示反傅立叶变换；将得到的VSK(t)与VP(t)进行比较，当两者一致时，验证校准因子K(ω)是正确的，其中VP(t)为示波器的通道一输出的数据。
一个应用实例中板级射频电流的时域测量系统可以包括夹具、支架、样品台、磁场探头、示波器、处理器；
磁场探头固定在夹具上，夹具固定在支架上，夹具固定在支架上后可以随意转动角度，整个磁场探头垂直于样品台，微带线测试板固定在样品台上，示波器的通道一与磁场探头输出端连接，待测板级射频电流设置在微带线测试板的微带线处，示波器的内部阻抗与微带线特征阻抗匹配，处理器根据示波器测量的数据得到：FMe(ω)＝FFT[VMe(t)]，FMeK(ω)＝FMe(ω)·K(ω)，VMeK(t)＝IFFT[FMeK(ω)]，I(t)＝VMeK(t)/R，其中VMe(t)为示波器的通道一输出的数据，K(ω)为校准因子，I(t)为待测板级射频电流，R为示波器的内部阻抗，FFT表示傅立叶变换，IFFT表示反傅立叶变换，采用非接触的方式得到板级射频电流，满足实际应用需要，一个实施例中测量得到的待测板级射频电流I(t)如图5所示，实际待测板级射频电流I′(t)如图6所示。
上述电磁探头由PCB工艺制作，形成一个采样线圈在探测段，其原理是利用法拉第电磁感应定律来探测射频电流产生的磁场B，待测射频电流I在线圈内产生磁通量，该磁通量是交变的，从而在线圈内感应出电动势，探头上有SMA头射频连接器，所感应形成的电动势VM通过SMA头往信号采集设备进行传输，存在VM∝ωB，而B∝I，因此通过采集VM的信号可以推知电流I；
上述夹具用于固定探头，由于探头上需要连接同轴线缆，同轴线缆具有一定的刚性，需要有夹具来固定探头的位置；
上述支架用来固定夹具，从而固定探头的空间位置，这是由于整个探测过程中，探头的空间位置会影响被探测信号的采集；另外，探头的空间位置影响了校准因子的大小以及系统的频率响应，因此需要有支架来固定探头的空间位置，为了更好的控制，支架对探头进行固定的同时可以旋转；
上述样品台用于放置样品，样品台可以三维移动，改变待测电流轨线的位置。样品台水平，与电流探头相互垂直；
上述微带线作为校准件，用来确定探头的校准因子，通常微带线单独制作在一个测试板上，微带线的阻抗与信号采集设备形成阻抗匹配，保证信号在传输过程中没有受到反射，从而保证校准的准确性；
上述网络分析仪的作用是测量由磁场探头与微带线所组成的网络系统的传输特性，从而得到较准因子，该网络系统中，利用网络分析仪测量信号传输的幅值衰减情况以及相位变化情况，测量的模式是频率扫描，即通过更改输入端的信号的频率，并探测输出端的同一频率信号强度和相位变化；
上述任意波形发生器应用于验证部分，给被测PCB板微带线输入任意的波形；
上述示波器在系统验证部分作为信号的采集，示波器其中一个通道用于连接磁场探头所采集到的电压波形，通道的终端阻抗设为50欧；与此同时，示波器另一个通道同样设定终端阻抗为50欧，并连接微带线的负载端，监测负载端的电压，该电压除以电阻为微带线上的电流，可以得到电流波形，该波形用于验证校准因子的正确性。
一个实施例中板级射频电流的时域测量、测量校准及校准验证系统可以包括夹具、支架、样品台、磁场探头、网络分析仪、50Ω负载、任意波形发生器、示波器、处理器；
磁场探头固定在夹具上，夹具固定在支架上，夹具固定在支架上后可以随意转动角度，整个磁场探头垂直于样品台，微带线测试板固定在样品台上，网络分析仪的端口一和端口二分别与磁场探头的输出端以及被测微带线的一端连接，被测微带线的另一端与50Ω的负载连接，该负载的电阻与被测微带线阻抗匹配，处理器根据公式K(ω)＝S12*Z0得到校准因子K(ω)，其中S12为网络分析仪上测量得到的传输系数，Z0为被测微带线特征阻抗50Ω；
得到校准因子K(ω)后，将示波器的通道一和通道二分别与磁场探头输出端和被测微带线的一端连接，被测微带线的另一端与任意波形发生器的输出端连接，示波器的内部阻抗和任意波形发生器的内部阻抗与微带线特征阻抗匹配，设置示波器和任意波形发生器内部阻抗为50欧，并给被测微带线输入任意波形(比如方波、三角波或者锯齿波均可)，处理器根据示波器测量的数据得到：FS(ω)＝FFT[VS(t)]，FSK(ω)＝FS(ω)K(ω)，VSK(t)＝IFFT[FSK(ω)]，其中VS(t)为示波器的通道二输出的数据，FFT表示傅立叶变换，IFFT表示反傅立叶变换；将得到的VSK(t)与VP(t)进行比较，当两者一致时，验证校准因子K(ω)是正确的，其中VP(t)为示波器的通道一输出的数据；
验证校准因子K(ω)正确后，将示波器的通道一与磁场探头输出端连接，待测板级射频电流设置在微带线测试板的微带线处，示波器的内部阻抗与微带线特征阻抗匹配，处理器根据示波器测量的数据得到：FMe(ω)＝FFT[VMe(t)]，FMeK(ω)＝FMe(ω)·K(ω)，VMeK(t)＝IFFT[FMeK(ω)]，I(t)＝VMeK(t)/R，其中VMe(t)为示波器的通道一输出的数据，I(t)为待测板级射频电流，R为示波器的内部阻抗；
本实施例在测量之前进行校准、校准验证，提高后面电流测量结果的准确性，同时采用非接触的方式测试板级射频电流，不会干预被测系统，保证被测系统的正常运行，满足实际应用需要。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种板级射频电流的时域测量校准系统，其特征在于，包括磁场探头、网络分析仪、负载、处理器；
所述磁场探头的输出端连接所述网络分析仪的端口一，微带线测试板的微带线的一端连接所述网络分析仪的端口二，所述微带线的另一端连接所述负载，所述处理器用于根据所述网络分析仪测量的数据得到校准因子，所述负载的阻值与所述微带线特征阻抗匹配。
2.根据权利要求1所述的板级射频电流的时域测量校准系统，其特征在于，所述处理器根据公式K(ω)＝S12*Z0得到校准因子K(ω)，其中S12为所述网络分析仪上测量得到的传输系数，Z0为所述微带线特征阻抗。
3.根据权利要求1或2所述的板级射频电流的时域测量校准系统，其特征在于，还包括夹具、支架和样品台，所述磁场探头固定在所述夹具上，所述夹具固定在所述支架上，所述微带线测试板固定在所述样品台上。
4.一种板级射频电流的时域测量校准验证系统，其特征在于，包括磁场探头、任意波形发生器、示波器、处理器；
所述磁场探头的输出端连接所述示波器的通道一，微带线测试板的微带线的一端连接所述示波器的通道二，所述微带线的另一端连接所述任意波形发生器的输出端，所述处理器用于根据所述示波器测量的数据验证校准因子的正确性，所述示波器的内部阻抗和所述任意波形发生器的内部阻抗与所述微带线特征阻抗匹配。
5.根据权利要求4所述的板级射频电流的时域测量校准验证系统，其特征在于，所述处理器根据所述示波器测量的数据得到：FS(ω)＝FFT[VS(t)]，FSK(ω)＝FS(ω)K(ω)，VSK(t)＝IFFT[FSK(ω)]，其中VS(t)为所述示波器的通道二输出的数据，K(ω)为校准因子，FFT表示傅立叶变换，IFFT表示反傅立叶变换；
将得到的VSK(t)与VP(t)进行比较，根据比较结果验证所述校准因子K(ω)的正确性，其中VP(t)为所述示波器的通道一输出的数据。
6.根据权利要求4或5所述的板级射频电流的时域测量校准验证系统，其特征在于，还包括夹具、支架和样品台，所述磁场探头固定在所述夹具上，所述夹具固定在所述支架上，所述微带线测试板固定在所述样品台上。
7.一种板级射频电流的时域测量系统，其特征在于，包括磁场探头、示波器、处理器；
所述磁场探头的输出端连接所述示波器的通道一，待测板级射频电流设置在微带线测试板的微带线处，所述处理器用于根据所述示波器测量的数据得到待测板级射频电流值，所述示波器的内部阻抗与所述微带线特征阻抗匹配。
8.根据权利要求7所述的板级射频电流的时域测量系统，其特征在于，所述处理器根据所述示波器测量的数据得到：FMe(ω)＝FFT[VMe(t)]，FMeK(ω)＝FMe(ω)·K(ω)，VMeK(t)＝IFFT[FMeK(ω)]，I(t)＝VMeK(t)/R，其中VMe(t)为所述示波器的通道一输出的数据，K(ω)为校准因子，I(t)为待测板级射频电流，R为所述示波器的内部阻抗，FFT表示傅立叶变换，IFFT表示反傅立叶变换。
9.根据权利要求7或8所述的板级射频电流的时域测量系统，其特征在于，还包括夹具、支架和样品台，所述磁场探头固定在所述夹具上，所述夹具固定在所述支架上，所述微带线测试板固定在所述样品台上。
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