CN114024628B - S参数的测试系统、测试方法及校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种S参数的测试系统、测试方法及校准方法,通过设置多个增益调整电路,在不同功率的接收信号下,通过改变接收链路中不同增益调整电路的连接,使接收信号达到模数转换器的理想接收范围,从而避免了大功率失真和小信号信噪比差的缺点,再通过校准方法的改进,将接收链路在不同增益下的功率变化和相位变化进行补偿,从而得到宽动态范围下精确的S参数测试结果。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域,特别涉及一种用于ATE设备的S参数的测试系统、测试方法及校准方法。
背景技术
S参数,也就是散射参数,是微波传输中的一个重要参数。当前S参数测试主要是网络分析仪采用不同的校准方式进行校准后再进行相应测试,例如SOLT(短路-开路-负载-直通)、TRL(直通-反射-线路)等,而网络分析仪作为一种通用设备,采用最基础的算法进行校准及测试,对较大信号幅度范围并没有进行良好的设计,导致在测试较大信号范围时会产生较大测试抖动,从而降低了测试精度。
在实际应用中,不同类型的网络分析仪均是在不同的激励功率下,设计固定的参考链路增益和接收链路增益,然后使接收信号进入接收通路ADC(模数转换器)的可处理信号功率范围,即ADC的动态范围就决定了可测试功率范围,导致了可测功率动态范围较低,并且接收信号功率较低时,ADC接收到的信号信噪比会相应恶化,从而使接收信号明显受到噪声影响,导致测试结果抖动变大。
通过固定链路增益来实现不同动态范围的测试,最终结果的动态范围只会是ADC的动态范围,为了提高动态范围,只有提高ADC的动态范围,或者通过别的方式来补偿ADC的动态范围,这种方式的作用是有限的。而若改变接收链路上的增益,又会导致接收信号幅度和相位的变化,从而无法得到正确的测试结果。因此在当前的S参数测试中,测试与激励信号功率差异较大的信号会产生影响,接收信号太大时会使接收产生失真,接收信号太小时会使接收信号受到噪声的影响,使测试结果产生抖动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种S参数的测试系统、测试方法及校准方法,在不同功率的接收信号下,通过改变接收链路中不同增益调整电路的连接,使接收信号达到ADC的理想接收范围,从而避免了大功率失真和小信号信噪比差的缺点,再通过校准方法的改进,将接收链路在不同增益下的功率变化和相位变化进行补偿,从而得到宽动态范围下精确的S参数测试结果。
为解决上述技术问题,本发明提供一种S参数的测试系统,包括:发射链路一、参考链路一、接收链路一与发射链路二、参考链路二、接收链路二以及数据处理器,其中,
所述发射链路一包括:时钟发生器、可变增益调整器、功分器与宽带定向耦合器;
所述参考链路一包括:第一功率切换开关、多个第一隔离开关、多个第一增益调整电路、第二功率切换开关以及第一模数转换器;
所述接收链路一包括:第三功率切换开关、多个第二隔离开关、多个第二增益调整电路、第四功率切换开关以及第二模数转换器;
所述时钟发生器接收所述数据处理器发出的信号,经过所述可变增益调整器获得一功率信号并传输至所述功分器,所述功分器将信号分为两路,分别为第一路信号与第二路信号;
所述第一路信号作为发射信号的参考信号传输至所述参考链路一,根据所述参考信号功率的大小,所述第一功率切换开关将所述参考信号传输至不同的所述第一增益调整电路,所述第二功率切换开关选择对应的所述第一增益调整电路进行导通,并将输出信号传输至所述第一模数转换器,所述第一模数转换器将射频信号转换为数字信号后输入所述数据处理器;所述第一隔离开关位于所述第一功率切换开关与所述第一增益调整电路之间,以增加宽频带范围内所述第一功率切换开关与所述第二功率切换开关之间的隔离特性;
所述第二路信号作为发射信号,经所述宽带定向耦合器输入至待测装置,所述待测装置的反射信号经过所述宽带定向耦合器后进入所述接收链路一,根据所述反射信号功率的大小,所述第三功率切换开关将接收信号传输至不同的所述第二增益调整电路,所述第四功率切换开关选择对应的所述第二增益调整电路进行导通,并将输出信号传输至所述第二模数转换器,所述第二模数转换器将射频信号转换为数字信号后传输至所述数据处理器;所述第二隔离开关位于所述第三功率切换开关与所述第二增益调整电路之间,以增加宽频带范围内所述第三功率切换开关与所述第四功率切换开关之间的隔离特性;
所述发射链路二的电路连接及功能与所述发射链路一相同,所述参考链路二的电路连接及功能与所述参考链路一相同,所述接收链路二的电路连接及功能与所述接收链路一相同。
可选的,所述第二增益调整电路的数量多于所述第一增益调整电路的数量。
可选的,所述参考链路一包括四个第一增益调整电路与四个第一隔离开关;所述接收链路一包括五个第二增益调整电路与五个第二隔离开关;四个所述第一增益调整电路的增益按照由小到大的顺序排列,五个所述第二增益调整电路的增益按照由小到大的顺序排列。
相应的,本发明还提供一种S参数的校准方法,对如上所述的S参数的测试系统进行校准,所述校准方法包括以下步骤:
根据参考信号功率范围以及第一模数转换器的动态范围,分别将参考链路一与参考链路二划分为不同的功率调节档位;根据接收信号功率范围以及第二模数转换器的动态范围,分别将接收链路一与接收链路二划分为不同的功率调节档位;
采用标准12项SOLT参数法,对不同档位下的标准参数进行校准,得到每一固定功率段下的S参数校准数据;
将发射链路一内的宽带定向耦合器的测试端与发射链路二内的宽带定向耦合器的测试端通过直通标准件进行短接;
计算出所述接收链路一中档位m补偿测试点相对于档位n补偿基点的幅度增益和相移,其中m、n均是正整数,且m>n;
计算出所述接收链路二中档位k补偿测试点相对于档位h补偿基点的幅度增益和相移,其中k、h均是正整数,且k>h;
其中,每个档位的补偿基点高于该档位信噪比差部分,且低于该档位校准点,每个档位的补偿测试点低于该档位过功率点,且高于该档位校准点,所述校准点位于所述第二模数转换器动态范围的中段。
可选的,所述参考链路一划分为4个不同功率档位,分别对应4个第一增益调整电路所在的链路;所述接收链路一划分为5个不同功率档位,分别对应5个第二增益调整电路所在的链路;
采用标准12项SOLT参数法,对不同档位下的标准参数进行校准,得到每一固定功率段下的S参数校准数据的方法包括:
通过调节发射功率的大小,使得第二模数转换器的接收信号位于档位1校准点位置,完成档位1的12项SOLT参数校准;
采取相同的方法,分别完成档位2到档位5的12项SOLT参数校准;
其中,档位1到档位5分别对应所述接收链路一的5个不同功率档位。
可选的,计算出所述接收链路一中档位m补偿测试点相对于档位n补偿基点的幅度增益和相移,以及计算出所述接收链路二中档位k补偿测试点相对于档位h补偿基点的幅度增益和相移的方法包括:
调节所述发射链路二的发射功率,使所述接收链路一中所述第二模数转换器的接收信号位于档位1补偿基点;
将所述接收链路一中的第三功率切换开关与第四功率切换开关切换到档位2,此时所述第二模数转换器的输出信号即为档位2补偿测试点;
相应的,本发明还提供一种S参数的测试方法,包括以下步骤:
采用如上所述的S参数的校准方法对测试系统进行校准;
将档位切换到档位1,对第二模数转换器的接收信号进行测试,若所述接收信号较小,则会落入档位1信噪比差部分,此时自动将档位切换到档位2;
重新对所述接收信号进行测试,直至落入某个档位信噪比差部分以上且该档位过功率点以下,完成档位设置,记该档位为档位a;
读取并计算相应参考链路中第一模数转换器输出信号的幅度与相位,记为();同时读取并计算相应接收链路中第二模数转换器输出信号的幅度
与相位,记为(),根据所述第二模数转换器输出信号的幅度与相位确定
接收链路的档位校准点,记为测试校准点b;
当b<a时,
当b>a时,
相应的,本发明还提供一种S参数的测试方法,包括以下步骤:
采用如上所述的S参数的校准方法对测试系统进行校准;
根据待测装置对输入信号和反射信号的幅度增益,选择接收链路测试档位,记为测试档位c;
根据标准SOLT校准步骤得到测试功率下对应的接收链路档位校准点,记为测试校准点d;
当d<c时,
当d>c时
综上所述,本发明提供的S参数的测试系统、测试方法及校准方法中,通过设置多个增益调整电路,在不同功率的接收信号下,通过改变接收链路中不同增益调整电路的连接,使接收信号达到模数转换器的理想接收范围,从而避免了大功率失真和小信号信噪比差的缺点,再通过校准方法的改进,将接收链路在不同增益下的功率变化和相位变化进行补偿,从而得到宽动态范围下精确的S参数测试结果。
附图说明
本领域的普通技术人员应当理解,提供的附图用于更好地理解本发明,而不对本发明的范围构成任何限定。
图1是本发明一实施例提供的S参数的测试系统的结构示意图;
图2是本发明一实施例提供的S参数的校准方法的各档位位置关系示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚,以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外,附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的,各附图需要展示的侧重点不同,有时会采用不同的比例。
如在本发明中所使用的,单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象,术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的,术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的,术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的,此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征,除非内容另外明确指出外。
图1是本发明一实施例提供的S参数的测试系统的结构示意图。
如图1所示,所述S参数的测试系统包括:发射链路一、参考链路一、接收链路一与发射链路二、参考链路二、接收链路二以及数据处理器,其中,
所述发射链路一包括:时钟发生器OSC1、可变增益调整器VGA1、功分器1与宽带定向耦合器1; 所述参考链路一包括:第一功率切换开关K11、多个第一隔离开关、多个第一增益调整电路、第二功率切换开关K12以及第一模数转换器ADC11;所述接收链路一包括:第三功率切换开关K13、多个第二隔离开关、多个第二增益调整电路、第四功率切换开关K14以及第二模数转换器ADC12。
优选的,所述第二增益调整电路的数量多于所述第一增益调整电路的数量,在后续对接收链路不同增益下的功率和相位变化进行补偿后,能够得到更加精确的S参数测试结果。
本实施例中,优选的,所述参考链路一包括四个第一增益调整电路,分别为第一增益调整电路v11、第一增益调整电路v12、第一增益调整电路v13与第一增益调整电路v14。所述参考链路一也包括四个第一隔离开关,分别为第一隔离开关r11、第一隔离开关r12、第一隔离开关r13与第一隔离开关r14。所述第一隔离开关与所述第一增益调整电路一一对应,且四个所述第一增益调整电路的增益按照由小到大的顺序排列,即所述第一增益调整电路的增益由小到大为第一增益调整电路v11、第一增益调整电路v12、第一增益调整电路v13与第一增益调整电路v14。
所述接收链路一包括五个第二增益调整电路,分别为第二增益调整电路V11、第二增益调整电路V12、第二增益调整电路V13、第二增益调整电路V14与第二增益调整电路V15。所述接收链路一也包括五个第二隔离开关,分别为第二隔离开关R11、第二隔离开关R12、第二隔离开关R13、第二隔离开关R14与第二隔离开关R15。所述第二隔离开关与所述第二增益调整电路一一对应,且五个所述第二增益调整电路的增益按照由小到大的顺序排列,即所述第二增益调整电路的增益由小到大为第二增益调整电路V11、第二增益调整电路V12、第二增益调整电路V13、第二增益调整电路V14与第二增益调整电路V15。
所述时钟发生器OSC1接收所述数据处理器发出的信号,经过所述可变增益调整器VGA1获得一功率信号并传输至所述功分器1。即通过所述可变增益调整器VGA1获得功率及频率固定的一信号,该信号的功率可以根据实际需要进行调整。所述功分器1将信号分为两路,分别为第一路信号与第二路信号,所述第一路信号作为发射信号的参考信号传输至所述参考链路一,根据所述参考信号功率的大小,所述第一功率切换开关K11将所述参考信号传输至不同的所述第一增益调整电路,所述第二功率切换开关K12选择对应的所述第一增益调整电路进行导通,并将输出信号传输至所述第一模数转换器ADC11,所述第一模数转换器ADC11将射频信号转换为数字信号后输入所述数据处理器。所述第一增益调整电路能够对输入信号进行相应放大或衰减,不同的所述第一增益调整电路放大或衰减的频度不同,即增益不同,所述第一功率切换开关K11根据需要将参考信号传输至不同的所述第一增益调整电路,即在参考链路内可以根据参考信号的功率大小选择对信号进行放大或衰减的通路。所述第一隔离开关位于所述第一功率切换开关K11与所述第一增益调整电路之间,以增加宽频带范围内所述第一功率切换开关K11与所述第二功率切换开关K12之间的隔离特性。
所述第二路信号作为发射信号,经所述宽带定向耦合器1输出至待测装置,此处的所述待测装置可以是待测芯片(device under test,DUT)。所述待测装置的反射信号经过所述宽带定向耦合器1后进入所述接收链路一,根据所述反射信号功率的大小,所述第三功率切换开关K13将所述接收信号传输至不同的所述第二增益调整电路,所述第四功率切换开关K14选择对应的所述第二增益调整电路进行导通,并将输出信号传输至所述第二模数转换器ADC12,所述第二模数转换器ADC12将射频信号转换为数字信号后传输至所述数据处理器。所述第二增益调整电路能够对输入信号进行相应放大或衰减,不同的所述第二增益调整电路放大或衰减的频度不同,即增益不同,所述第三功率切换开关K13根据需要将接收信号传输至不同的所述第二增益调整电路,即在接收链路内可以根据接收信号的功率大小选择对信号进行放大或衰减的通路。所述第二隔离开关位于所述第三功率切换开关K13与所述第二增益调整电路之间,以增加宽频带范围内所述第三功率切换开关K13与所述第四功率切换开关K14之间的隔离特性。
所述发射链路二的电路连接及功能与所述发射链路一相同,所述参考链路二的电路连接及功能与所述参考链路一相同,所述接收链路二的电路连接及功能与所述接收链路一相同。
所述发射链路一、所述参考链路一与所述接收链路一组成测试子系统一,所述发射链路二、所述参考链路二与所述接收链路二组成测试子系统二,请参考图1,为了将不同测试子系统中的器件进行区分,改变一些器件的标号,例如时钟发生器OSC1与时钟发生器OSC2,可变增益调整器VGA1与可变增益调整器VGA2等。
具体的,所述发射链路二包括:时钟发生器OSC2、可变增益调整器VGA2、功分器2与宽带定向耦合器2; 所述参考链路一包括:第一功率切换开关K21、多个第一隔离开关、多个第一增益调整电路、第二功率切换开关K22以及第一模数转换器ADC21;所述接收链路一包括:第三功率切换开关K23、多个第二隔离开关、多个第二增益调整电路、第四功率切换开关K24以及第二模数转换器ADC22。
优选的,所述第二增益调整电路的数量多于所述第一增益调整电路的数量,在后续对接收链路不同增益下的功率和相位变化进行补偿后,能够得到更加精确的S参数测试结果。
本实施例中,优选的,所述参考链路二包括四个第一增益调整电路,分别为第一增益调整电路v21、第一增益调整电路v22、第一增益调整电路v23与第一增益调整电路v24。所述参考链路二也包括四个第一隔离开关,分别为第一隔离开关r21、第一隔离开关r22、第一隔离开关r23与第一隔离开关r24。所述第一隔离开关与所述第一增益调整电路一一对应,且四个所述第一增益调整电路的增益按照由小到大的顺序排列,即所述第一增益调整电路的增益由小到大为第一增益调整电路v21、第一增益调整电路v22、第一增益调整电路v23与第一增益调整电路v24。
所述接收链路二包括五个第二增益调整电路,分别为第二增益调整电路V21、第二增益调整电路V22、第二增益调整电路V23、第二增益调整电路V24与第二增益调整电路V25。所述接收链路二也包括五个第二隔离开关,分别为第二隔离开关R21、第二隔离开关R22、第二隔离开关R23、第二隔离开关R24与第二隔离开关R25。所述第二隔离开关与所述第二增益调整电路一一对应,且五个所述第二增益调整电路的增益按照由小到大的顺序排列,即所述第二增益调整电路的增益由小到大为第二增益调整电路V21、第二增益调整电路V22、第二增益调整电路V23、第二增益调整电路V24与第二增益调整电路V25。
相同的链路其电路连接以及功能均相同,因此不对测试子系统二的电路连接以及功能进行详细描述。在其他实施例中,所述S参数测试系统还可以包括测试子系统三、测试子系统四等多个电路连接以及功能均相同的测试子系统。在后续S参数的校准方法中,所述测试子系统需要两个一起进行校准,在后续会进行详细说明。
在本发明提供的S参数的校准系统中,通过设置多个增益调整电路(例如接收链路一中的多个第二增益调整电路),在不同功率的接收信号下,通过改变接收链路中不同增益调整电路的连接,即通过第三功率切换开关和第四功率切换开关来导通不同的所述第二增益调整电路所在的链路,使接收信号达到模数转换器的理想接收范围,从而避免了大功率失真和小信号信噪比差的缺点。
相应的,本发明还提供一种S参数的校准方法,对如上所述的S参数的测试系统进行校准,所述校准方法包括以下步骤:
步骤S11:根据发射信号功率范围以及第一模数转换器的动态范围,分别将参考链路一与参考链路二划分为不同的功率调节档位;根据接收信号功率范围以及第二模数转换器的动态范围,分别将接收链路一与接收链路二划分为不同的功率调节档位;
步骤S12:采用标准12项SOLT参数法,对不同档位下的标准参数进行校准,得到每一固定功率段下的S参数校准数据;
步骤S13:将发射链路一内的宽带定向耦合器的测试端与发射链路二内的宽带定向耦合器的测试端通过直通标准件进行短接;
步骤S14:计算出所述接收链路一中档位m补偿测试点相对于档位n补偿基点的幅度增益和相移,其中m、n均是正整数,且m>n;
步骤S15:计算出所述接收链路二中档位k补偿测试点相对于档位h补偿基点的幅度增益和相移,其中m、n均是正整数,且k>h;其中,每个档位的补偿基点高于该档位信噪比差部分,且低于该档位校准点,每个档位的补偿测试点低于该档位过功率点,且高于该档位校准点,所述校准点位置位于所述第二模数转换器动态范围的中段。
在步骤S11中,根据参考信号功率范围以及第一模数转换器的动态范围,分别将参考链路一与参考链路二划分为不同的功率调节档位;根据接收信号功率范围以及第二模数转换器的动态范围,分别将接收链路一与接收链路二划分为不同的功率调节档位。
具体的,请参考图1所示,本实施例中,参考链路一与参考链路二均划分为4个功率调节档位,分别对应4个第一增益调整电路所在的链路,4个功率调节档位分别为档位1、档位2、档位3与档位4。在参考链路一中,档位1、档位2、档位3与档位4分别对应第一增益调整电路v11、第一增益调整电路v12、第一增益调整电路v13与第一增益调整电路v14。在参考链路二中,档位1、档位2、档位3与档位4分别对应第一增益调整电路v21、第一增益调整电路v22、第一增益调整电路v23与第一增益调整电路v24。
接收链路一与接收链路二均划分为5个功率调节档位,分别对应5个第二增益调整电路所在的链路,5个功率调节档位分别为档位1、档位2、档位3、档位4与档位5。在接收链路一中,档位1、档位2、档位3、档位4与档位5分别对应第二增益调整电路V11、第二增益调整电路V12、第二增益调整电路V13、第二增益调整电路V14与第二增益调整电路V15。在接收链路二中,档位1、档位2、档位3、档位4与档位5分别对应第二增益调整电路V21、第二增益调整电路V22、第二增益调整电路V23、第二增益调整电路V24与第二增益调整电路V25。
在步骤S12中,采用标准12项SOLT参数法,对不同档位下的标准参数进行校准,得到每一固定功率段下的S参数校准数据。
具体的,通过调节发射功率的大小,使得第二模数转换器ADC12的接收信号位于档位1校准点位置,完成档位1的12项SOLT参数校准。
图2为本发明一实施例所提供的S参数的校准方法的各档位位置关系示意图。请参考图2所示,除过档位1之外,每个档位均包含过功率点、补偿测试点、校准点、补偿基点以及信噪比差部分,档位1包含过功率点、校准点、补偿基点与信噪比差部分。所述校准点位于所述第二模数转换器ADC12动态范围的中段,目的是不至于在信号过低时由于接收链路增益低而使信噪比太差造成测试结果的抖动,也不至于在接收功率过高时造成接收链路的饱和失真,也即达到该功率段的最佳动态范围。每个档位的补偿基点高于该档位信噪比差部分,且低于该档位校准点,以使该数据在切换到下一档位时不会发生饱和失真。每个档位的补偿测试点低于该档位过功率点,且高于该档位校准点。从图2中可以看出,每个档位(不包含档位1)的过功率点高于上一档位的信噪比差部分,且低于上一档位的补偿基点;每个档位(不包含档位1)的补偿测试点位于上一档位的信噪比差部分内,即相邻档位之间有重叠。
在完成档位1的12项SOLT参数校准之后,采用相同的方法,分别完成后续档位的12项SOLT参数校准。本实施例中,需要完成档位2到档位5的12项SOLT参数校准。
在步骤S13中,将发射链路一内的宽带定向耦合器1的测试端与发射链路二内的宽带定向耦合器2的测试端通过直通标准件进行短接。
在步骤S14中,计算出所述接收链路一中档位m补偿测试点相对于档位n补偿基点的幅度增益和相移,其中m、n均是正整数,且m>n。
首先,计算出所述接收链路一中档位1补偿基点相对于所述发射链路二的幅度增
益g11和相移。具体的,调节所述发射链路二的发射功率,使所述接收链路一中所述第
二模数转换器ADC12的接收信号位于档位1补偿基点。同时刻采集所述发射链路二的参考信
号和所述接收链路一的接收信号并计算幅度和相位,即采集并计算所述参考链路二中第一
模数转换器ADC21输出信号的幅度和相位,且同时采集并计算所述接收链路一中所
述第二模数转换器ADC12输出信号的幅度和相位。由此获得所述接收链路一在档位
1补偿基点相对于发射链路二的幅度增益和相移。
其次,计算出所述接收链路一中档位2补偿测试点相对于所述发射链路二的幅度
增益g21和相移。具体的,将所述接收链路一中的第三功率切换开关K13与第四功率切
换开关K14切换到档位2,此时所述接收链路一中的第二模数转换器ADC12的输出信号即为
档位2补偿测试点。同时刻采集所述发射链路二的参考信号和所述接收链路一的接收信号
并计算幅度与相位,即采集并计算所述参考链路二中第一模数转换器ADC21输出信号的幅
度和相位,且同时采集并计算所述接收链路一中第二模数转换器1DC12输出信号的
幅度和相位。获得所述接收链路一中档位2补偿测试点相对于发射链路二的幅度增
益和相移。
然后,重复上述的步骤,计算出在所述接收链路一中,
并最终计算出所述接收链路一中档位m补偿测试点相对于档位n补偿基点的幅度
增益 和相移 ,其中m、n均是正整数,
且m>n,x为大于等于n且小于等于m-1的正整数。例如,档位3补偿测试点相对于档位1补偿
基点的幅度增益为: ,相移为:。
在步骤S15中,计算出所述接收链路二中档位k补偿测试点相对于档位h补偿基点的幅度增益和相移,其中m、n均是正整数,且k>h。其中,每个档位的补偿基点高于该档位信噪比差部分,且低于该档位校准点,每个档位的补偿测试点低于该档位过功率点,且高于该档位校准点,所述校准点位置位于所述第二模数转换器动态范围的中段。
具体的,采用与步骤S14相同的方法,计算出在接收链路二中,
并最终计算出所述接收链路二中档位k补偿测试点相对于档位h补偿基点幅度增
益 和相移 , 其中k、h均是正整数,且k
>h,x为大于等于h且小于等于k-1的正整数。例如,档位3补偿测试点相对于档位1补偿基点
的幅度增益为: ,相移为:。
本发明所提供的S参数的校准方法中,是同时对两个测试子系统进行的校准。在S参数测试系统包含有测试子系统三的情况下,需要对测试子系统一与测试子系统二进行校准,对测试子系统一与测试子系统三进行校准,或者,对测试子系统二与测试子系统三进行校准。
相应的,本发明还提供一种S参数的测试方法,所述测试方法包括以下步骤:
步骤S21:采用如上所述的S参数的校准方法对测试系统进行校准。
步骤S22:将档位切换到档位1,对第二模数转换器的接收信号进行测试,若所述接收信号较小,则会落入档位1信噪比差部分,此时自动将档位切换到档位2。
本测试方法类似于网络分析仪的盲测法,认为待测装置发生的是大功率信号,因此先在档位1链路进行测试。例如,在测试子系统一中,通过第三功率切换开关K13与第四功率切换开关K14将档位切换到档位1,即接通所述第二隔离开关R11与第二增益调整电路V11所在的链路。在档位1,对所述第二模数转换器ADC12的接收信号进行测试,若所述接收信号较小,则会落入档位1的信噪比差部分,此时自动将档位切换到档位2。
步骤S23:重新对所述接收信号进行测试,直至落入某个档位信噪比差部分以上且该档位过功率点以下,完成档位设置,记该档位为档位a。
例如,在测试子系统一中,重新对所述接收信号进行测试,直至落入某个档位信噪比差部分以上且该档位过功率点以下,完成档位设置,记该档位为档位a。
本实施例中,在档位1时,所述接收信号的功率低于档位1过功率点,在档位5时,所述接收信号的功率高于档位5信噪比差部分。
步骤S24:读取并计算相应参考链路中第一模数转换器输出信号的幅度与相位,记
为();同时读取并计算相应接收链路中第二模数转换器输出信号的幅
度与相位,记为(),根据所述第二模数转换器输出信号的幅度与相位确
定接收链路的档位校准点,记为测试校准点b。
具体的,同时读取相应参考链路中第一模数转换器的输出信号与相应接收链路中的第二模数转换器的输出信号,分别经过数据处理器计算出各自相应的幅度和相位。
例如,在测试子系统一中,读取并计算参考链路一中第一模数转换器ADC11输出信
号的幅度与相位,记为();同时读取并计算相应接收链路一中第二模
数转换器ADC12输出信号的幅度与相位,记为(),根据所述第二模数转换
器ADC12输出信号的幅度与相位确定接收链路的档位校准点,记为测试校准点b。
当b<a时,
当b>a时
以上均是以测试子系统一为例进行的说明,所有的测试子系统均可以采用上述步骤完成S参数的测试。
相应的,本发明还提供另一种S参数的测试方法,所述测试方法包括以下步骤:
步骤S31:采用如上所述的S参数的校准方法对测试系统进行校准。
步骤S32:根据待测装置对输入信号和反射信号的幅度增益,选择接收链路测试档位,记为测试档位c。
步骤S33:根据标准SOLT校准步骤得到测试功率下对应的接收链路档位校准点,记为测试校准点d。
根据标准SOLT校准步骤可知本步骤测试功率下对应的接收链路档位校准点。本实施例中,在档位1时,所述接收信号的功率低于档位1过功率点,在档位5时,所述接收信号的功率高于档位5信噪比差部分。
具体的,同时读取相应参考链路中第一模数转换器的输出信号与相应接收链路中的第二模数转换器的输出信号,分别经过数据处理器计算出各自相应的幅度和相位。
当d<c时,
当d>c时
以上是以测试子系统一为例进行的说明,所有的测试子系统均可以采用上述步骤完成S参数的测试
本发明所提供的S参数的测试方法是指定测试范围的快速测试法,在ATE(Automatic Test Equipment,自动测试机)测试中,由于已知待测装置的接收或反射信号的幅度范围,因此可以采用指定接收测试档位的方式进行测试,不盲目检索,从而大大提高了测试速度。
本发明所提供的S参数的校准方法及测试方法中,将接收链路在不同增益下的功率变化和相位变化进行了补偿,从而得到宽动态范围下精确的S参数测试结果。对回损指标好,或者是对衰减范围大的DUT有更高的测试精度。
本发明提供的S参数的校准方法及测试方法,在弱激励信号功率下,或者在弱的接收信号功率时能够提高测试的精度,在ATE自动测试中,在测试速度不变或者更快的情况下,有利于更加稳定的分析DUT的各项指标参数,提高测试的准确性和测试速度,为测试生产提供了极大便利。下表为采用本发明和标准网络分析仪对某DUT进行1000次重复测试计算出的抖动结果。
S11(dB) | S12(dB) | S21(dB) | S22(dB) | |
本发明抖动 | 0.207 | 0.308 | 0.071 | 0.3376 |
网络分析仪抖动 | 0.62 | 3.4 | 0.05 | 0.97 |
其中,S12为反向传输系数,也就是隔离度,S21为正向传输系数,也就是增益,S11为输入反射系数,也就是输入回波损耗,S22为输出反射系数,也就是输出回波损耗。从上表可见本发明对测试结果的抖动有显著改善能力。其中,需要说明的是,S21本身数值就非常小,因此采用本发明所提供的S参数的校准方法及测试方法其改善不明显。
综上所述,本发明提供的S参数的测试系统、测试方法及校准方法中,通过设置多个增益调整电路,在不同功率的接收信号下,通过改变接收链路中不同增益调整电路的连接,使接收信号达到模数转换器的理想接收范围,从而避免了大功率失真和小信号信噪比差的缺点,再通过校准方法的改进,将接收链路在不同增益下的功率变化和相位变化进行补偿,从而得到宽动态范围下精确的S参数测试结果。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述,并非对本发明范围的任何限定,本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰,均属于权利要求书的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于ATE设备的S参数的测试系统,其特征在于,所述测试系统包括:发射链路一、参考链路一、接收链路一与发射链路二、参考链路二、接收链路二以及数据处理器,其中,
所述发射链路一包括:时钟发生器、可变增益调整器、功分器与宽带定向耦合器;
所述参考链路一包括:第一功率切换开关、多个第一隔离开关、多个第一增益调整电路、第二功率切换开关以及第一模数转换器;
所述接收链路一包括:第三功率切换开关、多个第二隔离开关、多个第二增益调整电路、第四功率切换开关以及第二模数转换器;
所述时钟发生器接收所述数据处理器发出的信号,经过所述可变增益调整器获得一功率信号并传输至所述功分器,所述功分器将信号分为两路,分别为第一路信号与第二路信号;
所述第一路信号作为发射信号的参考信号传输至所述参考链路一,根据所述参考信号功率的大小,所述第一功率切换开关将所述参考信号传输至不同的所述第一增益调整电路,所述第二功率切换开关选择对应的所述第一增益调整电路进行导通,并将输出信号传输至所述第一模数转换器,所述第一模数转换器将射频信号转换为数字信号后输入所述数据处理器;所述第一隔离开关位于所述第一功率切换开关与所述第一增益调整电路之间,以增加宽频带范围内所述第一功率切换开关与所述第二功率切换开关之间的隔离特性;
所述第二路信号作为发射信号,经所述宽带定向耦合器输入至待测装置,所述待测装置的反射信号经过所述宽带定向耦合器后进入所述接收链路一,根据所述反射信号功率的大小,所述第三功率切换开关将接收信号传输至不同的所述第二增益调整电路,所述第四功率切换开关选择对应的所述第二增益调整电路进行导通,并将输出信号传输至所述第二模数转换器,所述第二模数转换器将射频信号转换为数字信号后传输至所述数据处理器;所述第二隔离开关位于所述第三功率切换开关与所述第二增益调整电路之间,以增加宽频带范围内所述第三功率切换开关与所述第四功率切换开关之间的隔离特性;
所述发射链路二的电路连接及功能与所述发射链路一相同,所述参考链路二的电路连接及功能与所述参考链路一相同,所述接收链路二的电路连接及功能与所述接收链路一相同。
2.根据权利要求1所述的S参数的测试系统,其特征在于,所述第二增益调整电路的数量多于所述第一增益调整电路的数量。
3.根据权利要求2所述的S参数的测试系统,其特征在于,所述参考链路一包括四个第一增益调整电路与四个第一隔离开关;所述接收链路一包括五个第二增益调整电路与五个第二隔离开关;四个所述第一增益调整电路的增益按照由小到大的顺序排列,五个所述第二增益调整电路的增益按照由小到大的顺序排列。
4.一种S参数的校准方法,其特征在于,对如权利要求1~3中任一项所述的S参数的测试系统进行校准,所述校准方法包括以下步骤:
根据参考信号功率范围以及第一模数转换器的动态范围,分别将参考链路一与参考链路二划分为不同的功率调节档位;根据接收信号功率范围以及第二模数转换器的动态范围,分别将接收链路一与接收链路二划分为不同的功率调节档位;
采用标准12项SOLT参数法,对不同档位下的标准参数进行校准,得到每一固定功率段下的S参数校准数据;
将发射链路一内的宽带定向耦合器的测试端与发射链路二内的宽带定向耦合器的测试端通过直通标准件进行短接;
计算出所述接收链路一中档位m补偿测试点相对于档位n补偿基点的幅度增益和相移,其中m、n均是正整数,且m>n;
计算出所述接收链路二中档位k补偿测试点相对于档位h补偿基点的幅度增益和相移,其中k、h均是正整数,且k>h;
其中,每个档位的补偿基点高于该档位信噪比差部分,且低于该档位校准点,每个档位的补偿测试点低于该档位过功率点,且高于该档位校准点,所述校准点位于所述第二模数转换器动态范围的中段。
5.根据权利要求4所述的S参数的校准方法,其特征在于,所述参考链路一划分为4个不同功率档位,分别对应4个第一增益调整电路所在的链路;所述接收链路一划分为5个不同功率档位,分别对应5个第二增益调整电路所在的链路;
采用标准12项SOLT参数法,对不同档位下的标准参数进行校准,得到每一固定功率段下的S参数校准数据的方法包括:
通过调节发射功率的大小,使得第二模数转换器的接收信号位于档位1校准点位置,完成档位1的12项SOLT参数校准;
采取相同的方法,分别完成档位2到档位5的12项SOLT参数校准;
其中,档位1到档位5分别对应所述接收链路一的5个不同功率档位。
6.根据权利要求4所述的S参数的校准方法,其特征在于,计算出所述接收链路一中档位m补偿测试点相对于档位n补偿基点的幅度增益和相移,以及计算出所述接收链路二中档位k补偿测试点相对于档位h补偿基点的幅度增益和相移的方法包括:
9.一种S参数的测试方法,其特征在于,包括以下步骤:
采用如权利要求4~8中任一项所述的S参数的校准方法对测试系统进行校准;
将档位切换到档位1,对第二模数转换器的接收信号进行测试,若所述接收信号较小,则会落入档位1信噪比差部分,此时自动将档位切换到档位2;
重新对所述接收信号进行测试,直至落入某个档位信噪比差部分以上且该档位过功率点以下,完成档位设置,记该档位为档位a;
读取并计算相应参考链路中第一模数转换器输出信号的幅度与相位,记为();同时读取并计算相应接收链路中第二模数转换器输出信号的幅度
与相位,记为(),根据所述第二模数转换器输出信号的幅度与相位确定
接收链路的档位校准点,记为测试校准点b;
当b<a时,
当b>a时
10.一种S参数的测试方法,其特征在于,包括以下步骤:
采用如权利要求4~8中任一项所述的S参数的校准方法对测试系统进行校准;
根据待测装置对输入信号和反射信号的幅度增益,选择接收链路测试档位,记为测试档位c;
根据标准SOLT校准步骤得到测试功率下对应的接收链路档位校准点,记为测试校准点d;
当d<c时,
当d>c时
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2022
- 2022-01-07 CN CN202210012383.9A patent/CN114024628B/zh active Active
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