DE102008006037A1

DE102008006037A1 - Differenzvektor-Netzwerkanalysator

Info

Publication number: DE102008006037A1
Application number: DE102008006037A
Authority: DE
Inventors: Keith F. Loveland Anderson; David V. Loveland Blackham; Joel P. Loveland Dunsmore; Loren C. Loveland Betts; Nicholas C. Loveland Leindecker
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Keysight Technologies Inc
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2008-09-11
Also published as: US20080204041A1; US7545150B2

Abstract

Ein Mess- und Korrektur-Verfahren liefert eine komplette Vollkorrektur eines Wahr-Moden-Systems unter Verwendung ausschließlich der unsymmetrischen Fehlermatrix, entwickelt für eine Vier-Port-Korrektur von unsymmetrischen Messungen. Der Grad einer Fehlausrichtung der symmetrischen Quellen kann aus diesen Messungen bestimmt werden.

Description

Eine Vektornetzwerkanalyse basiert auf dem linearen Verhalten von dem Testobjekt (DUT; device under test). Einige aktive Vorrichtungen müssen jedoch auf eindeutige Weise stimuliert werden, um eine nichtlineare Operation zu vermeiden. Zur Darstellung kann ein Differenzverstärker eine Verzerrung zeigen, wenn er mit einem einendigen (unsymmetrischen) Signal (single-ended signal) getrieben wird. Es ist notwendig, die Eingänge mit Echtzeitsignalen zu treiben, die die richtige Amplitude und Phasenbeziehungen darstellen. Diese Treibersignale müssen an den Eingangsports (+ und –) des DUT vorliegen, mit derselben Amplitude und 180 Grad Phasendifferenz, als ein Differenzsignal. Für schaltungsinterne Anwendungen wird häufig ein Balun (Symmetrisch-zu-Unsymmetrisch-Wandler) verwendet. Er ist in großer Nähe zu der Vorrichtung positioniert, um ein Einbringen eines Phasenversatzes aufgrund von Verbindungen zwischen der Vorrichtung bzw. dem Objekt und dem Balun zu vermeiden. In Betrieb ist es schwierig, die Verbindungen zu steuern, um die gewünschte Symmetrie (Balance bzw. Ausgleich) beizubehalten.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Instrument und ein Verfahren mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Instrument gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 5 gelöst.
Ein Mess- und Korrektur-Verfahren liefert eine vollständige Gesamtkorrektur eines Wahr-Moden-Systems ausschließlich unter Verwendung der einendigen (unsymmetrischen) Fehlermatrix, entwickelt für eine Vier-Port-Korrektur von unsymmetrischen Messungen. Der Grad einer Fehlausrichtung der symmetrischen Quellen kann aus diesen Messungen bestimmt werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Prozessflussdiagramm für das Mess- und Korrektur-Verfahren;
2 ein Prozessflussdiagramm für die Schritte 12 und 14, wie in 1 gezeigt ist;
3 ein Funktionsblockdiagramm für den Prozess, der in 2 gezeigt ist;
4A bis 4C Ausführungsbeispiele, die für phasengesteuerte Quellen mit programmierbaren Phasendifferenzen verwendet werden; und
5 das Fehlerkastenmodell.
1 stellt ein Prozessflussdiagramm für das Mess- und Korrektur-Verfahren dar.
Schritte 10 und 12 sind typisch für jegliche Messtechnik. Bei Schritt 10 wird ein Vier-Port-Netzwerkanalysator initialisiert, um unsymmetrische und Wahr-Moden-Symmetrische Treiber für den gewünschten Frequenzbereich, die Anzahl von Punkten und andere gewünschte Stimuli zu erzeugen. Bei Schritt 12 wird eine unsymmetrische volle Vier-Port-S-Parameter-Kalibrierung unter Verwendung jeglicher Technik ausgeführt.
Schritte 14 bis 22 hängen von der Anzahl von verfügbaren Messempfängern in dem System ab. Idealerweise besteht eine Eins-zu-Eins-Abbildung von dem Messempfänger auf die Leistungswellen, derart, dass alle Wellen von jeder Treiberbe dingung simultan gemessen werden. Wenn jedoch der Referenzkanal, der Referenz 1 – Referenz 4 misst, gemeinschaftlich verwendet wird, ist es nicht möglich, das Verhältnis dieser Wellen gleichzeitig zu messen. Bei den meisten VNA-Systemen kann die Phase des Messempfängers beliebig sein, z. B. ändert sich von Messung zu Messung die Phase von jeglichem a oder b. Die Phase der Verhältnisse von as zu bs ändert sich nicht. Diese Schritte können für jede Quelleinstellung wiederholt werden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird eine zweite Messung ausgeführt, nachdem eine der Referenzquellen phasenverschoben ist, üblicherweise um 90 Grad. Dann können Leistungswellen bestimmt werden, die jeder Quelle (Source) zugewiesen sind.
Bei Schritt 14 wird der Stimulustyp zu einem Wahr-Moden-Treiber verändert. Diese Moden umfassen ein Wahr-Moden-Differentiell an dem Eingang, ein Wahr-Moden-Gleich (Wahr-Moden-Gleichtakt; true-mode common) an dem Eingang, ein Wahr-Moden-Differentiell (true-mode differential) an dem Ausgang und ein Wahr-Moden-Gleich an dem Ausgang. Bei Schritt 16 wird für jeden der ausgewählten Treiberzustände das Verhältnis der unsymmetrischen Wellenantworten derart gemessen, dass das b/a-Verhältnis für jedes b und jedes a des Treiberports aufgezeichnet ist. Die Anzahl von Datenerwerbsschritten hängt von der Gesamtanzahl von verfügbaren gleichzeitigen Messempfängern ab. Diese Messungen werden mit ausgeschalteter Korrektur ausgeführt. Bei Schritt 18, aus jedem der Treiberzustände, ist für die Matrixgleichung [b] = [S] [a], wobei b und a die unsymmetrischen Wellen sind, die an das DUT angelegt sind, [S] die nicht korrigierte S-Parametermatrix. Bei Schritt 20 wird der S-Parameter gefunden durch Auflösen der Gleichung [S] = [b] [a]^–1. Diese verallgemeinerte unsymmetrische Matrix berücksichtigt alle vorhandenen Wellen, einschließlich ein Moden-Nebensprech-Signal, die vorhanden sind, da der Wahr-Moden-Treiber nicht ideal ist. Bei Schritt 22 werden die standardmäßigen, unsymmetrischen Vier-Port-Fehlerkorrekturarrays modifiziert, um die Lastanpassung an den entspre chenden Quellanpassungsausdruck gemäß dem Treiberport zu ändern. Die Nachführ-Ausdrücke werden entsprechenden modifiziert.
Bei Schritt 24 wird die Vier-Port-Fehlerkorrekturmatrix unter Verwendung der modifizierten Korrekturarrays an die [S]-Matrix angelegt, um die korrigierten S-Parameter zu finden. Dies stellt die fehlerkorrigierten, unsymmetrischen S-Parameter dar, gemessen unter den Wahr-Moden-Treiberbedingungen.
Bei Schritt 26 wird die standardmäßige Misch-Moden-Mathematik angewendet, um die Differenz-(bzw. Differentiell-) und Gleich-Moden-(bzw. Differenz- und Gleichtakt-)S-Parameter aus den korrigierten, unsymmetrischen S-Parametern zu berechnen.
2 stellt ein Prozessflussdiagramm für die Schritte 12 und 14 dar, die in 1 gezeigt sind.
Bei Schritt 32 wird eine Zwei-Port-S-Parameterkalibrierung ausgeführt. Das standardmäßige Zwei-Port-VNA-Fehlermodell kann durch ein Fehlerkastenmodell dargestellt werden, wie in 5 gezeigt ist. Die Leistungswellenbezeichnungen sind a0–a3 und b0–b3. D1 und D2 stellen die Richtwirkungsausdrücke für Ports 1 und 2 dar. M1 und M2 stellen die Quellanpassungsausdrücke für Ports 1 und 2 dar. R1 und R2 stellen die Reflexionsnachführungsausdrücke für Ports 1 und 2 dar. F1 und F2 sind Variablen, wobei F1/F2 konstant ist. G1 und G2 stellen Schaltanpassungsausdrücke dar. G2 wird verwendet, um a3 während Vorwärts- (Port 1 zu Port 2) Messungen zu erzeugen, und G1 wird verwendet, um a0 während Rückwärts-(Port 2 zu Port 1)Messungen zu erzeugen. Dieser Schritt kann weggelassen werden, wenn eine Vier-Port-Kalibrierung ausgeführt wurde, da die Zwei-Port-Fehlerausdrücke aus den Vier-Port-Fehlerausdrücken hergeleitet werden können.
Bei Schritt 34 wird das Differenzeingangssignal gemessen. Phase (a1/a2) ist die Phasendifferenz zwischen den Signalen, die auf die Ports 1 und 3 auftreffen. Dieser Wert sollte 180 Grad für ein wahres Differenzsignal sein. Mag(a1/a2) ist das Größenverhältnis (magnitude ratio) der Signale, die auf die Ports 1 und 2 auftreffen. Dieser Wert sollte für ein ordnungsgemäß ausgeglichenes Differenzsignal Eins sein.
Bei Schritt 36 wird der Quellversatz in Phase und Größe eingestellt. Die Amplitude von einer oder beiden der Quellen wird derart eingestellt, dass Mag(a1/a2) eins ist, während die Phase von einer oder beiden der Quellen auf 0 Grad für ein Gleich-Moden-Signal (bzw. Gleichtaktsignal) oder 180 Grad für ein Differenz-Moden-Signal eingestellt ist.
In Betrieb kann es notwendig sein, die Größe und Phase iterativ einzustellen, wenn die Parameter gekoppelt sind. Zusätzlich dazu, wenn die Automatikpegelsteuerung (ALC; automatic level control) in jeglicher Quelle arbeitet, dann kann eine Quelle die andere ziehen, was zu Amplitudenänderungen führt. Da dies Amplitudeneinstellungen kompliziert macht, kann die ALC vor dem Messen abgeschaltet werden.
3 stellt ein Blockdiagramm für den Prozess dar, der in 2 gezeigt ist. Die Vektornetzwerkanalysatorschnittstelle zu einem Testobjekt (DUT) auf der Phasen- und Amplituden-Messebene, Port 1 und Port 2. Der VNA umfasst zwei Referenzquellen, die phasengesteuert wurden. Die Ausgabe jeder Quelle wird unter Verwendung von Reflektometern gemessen, die in der Nähe der Messebene positioniert sind.
Die zwei separaten HF-Quellen werden zusammen synthetisiert und phasengesteuert. Die HF-Quellen sind auf Frequenzen eingestellt, die die Gleichung (N/M)·HF2 erfüllen, wobei N und M ganze Zahlen sind. Dies stellt sicher, dass die relative Phase zwischen den Quellen definiert, gemessen und eingestellt werden kann. Während das Ausführungsbeispiel zwei separate Quellen offenbart, kann das Konzept ohne weiteres ausgedehnt werden, um mehrere Quellen zu synthetisieren und phasenzuverriegeln. Bei diesem Beispiel gilt N/M = 1, da die zwei Frequenzen dieselben sind.
4A–C stellen Ausführungsbeispiele dar, die für phasengesteuerte Quellen mit programmierbaren Phasendifferenzen verwendet werden.
4A stellt einen fraktionierten (bzw. Bruchteil-)N-Phasenversatz dar. Bruchteil-N-Phasenregelschleifen sind auf eine gemeinsame Referenz verriegelt. Jede Phasenregelschleife umfasst einen Phasendetektor, der das gemeinsame Referenzsignal empfängt, und eine Ausgabe einer Bruchteil-N-Steuerung. Ein Oszillator empfängt die Ausgabe des Phasendetektors. Die Ausgabe des Oszillators ist das HF-Signal. Die Bruchteil-N-Steuerung empfängt als eine Eingabe das HF-Signal. Eine der Bruchteil-N-Steuerung empfängt ferner eine Ausgabe eines Bruchteil-N-Phasenakkumulators, der das Phasenversetzen ausführt.
4B stellt einen Direkt-Digital-Synthesizer-Phasenversatz dar. Ähnlich zu 4A sind die Synthesizer auf eine gemeinsame Referenzquelle verriegelt. Die Ausgabe jedes Synthesizers ist ein Referenzsignal. Einer der Synthesizer empfängt ferner eine Ausgabe eines Bruchteil-N-Phasenakkumulators, der ein Phasenversetzen ausführt.
4C stellt einen HF-Schleifen-Spannungsphasenversatz dar. HF1 ist jegliche HF-Quelle. Ein Phasendetektor empfängt die Ausgabe einer ersten HF-Quelle HF1 und eine Ausgabe einer zweiten HF-Quelle HF2. Die Ausgangs-DC-Spannung des Phasendetektors stellt die Phasenverschiebung von HF2 relativ zu HF1 dar. Vphase ist eine variable DC-Spannung, die üblicherweise durch einen Digital-zu-Analog-Wandler geliefert wird.

Claims

Instrument, das folgende Merkmale aufweist: zwei phasengesteuerte Referenzquellen; und für jede Referenzquelle ein Reflektometer, das zwischen die Quelle und ein Port eines Testobjekts geschaltet ist.
Instrument gemäß Anspruch 1, bei dem die zwei phasengesteuerten Referenzquellen folgende Merkmale aufweisen: eine gemeinsame Referenzquelle; zwei Wege, die mit der gemeinsamen Referenzquelle verbunden sind, wobei jeder Weg einen Phasendetektor umfasst, der die gemeinsame Referenzquelle empfängt, einen Oszillator, der die Ausgabe des Phasendetektors empfängt, der ein Referenzsignal erzeugt, eine Bruchteil-N-Steuerung, die die Ausgabe des Oszillators empfängt, und wobei der Phasendetektor die Ausgabe der Bruchteil-N-Steuerung empfängt; wobei für einen der zwei Wege die Bruchteil-N-Steuerung eine Ausgabe eines Phasenakkumulators empfängt.
Instrument gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die zwei phasengesteuerten Referenzquellen folgende Merkmale aufweisen: eine gemeinsame Referenzquelle; zwei Wege, die mit der gemeinsamen Referenzquelle verbunden sind, wobei jeder Weg einen Direkt-Digital-Synthesizer umfasst, der die gemeinsame Referenzquelle empfängt, die ein Referenzsignal erzeugt; und wobei der Direkt-Digital-Synthesizer für einen der zwei Wege eine Ausgabe eines Phasenakkumulators empfängt.
Instrument gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die zwei phasengesteuerten Referenzquellen folgende Merkmale umfassen: eine gemeinsame Referenzquelle, die ein erstes Referenzsignal erzeugt; einen Oszillator, der ein zweites Referenzsignal erzeugt; einen Phasendetektor, der das erste und das zweite Referenzsignal empfängt; und wobei der Oszillator die Ausgabe des Phasendetektors und ein Spannungsphasenversatzsignal empfängt.
Verfahren, das folgende Schritte aufweist: Initialisieren eines Netzwerkanalysators für unsymmetrische und Dual-Ausgang-Treiber (10), wobei der Netzwerkanalysator zwei phasengesteuerte Referenzquellen umfasst, und für jede Referenzquelle ein Reflektometer zwischen die Quelle und ein Port eines Testobjekts geschaltet ist; Ausführen einer unsymmetrischen Voll-Port-S-Parameter-Kalibrierung (12); und Ändern des Stimulustyps auf einen Treibertyp basierend auf den S-Parameter-Kalibrierungsdaten (14).
Verfahren gemäß Anspruch 5, das ferner folgende Schritte aufweist: für jeden Treiberzustand, Messen des Verhältnisses der unsymmetrischen Wellenantwort (16), Bestimmen der unkorrigierten S-Parametermatrix (18), und Auflösen der unkorrigierten S-Parametermatrix (20); Modifizieren des Portfehlerkorrekturarrays gemäß dem Treiberport (22); Anlegen der Portfehlerkorrekturmatrix, um die korrigierten S-Parameter zu finden (24); und Berechnen der Differenz- und Gleich-Moden-S-Parameter (26).
Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, bei dem der Treibertyp aus einer Gruppe ausgewählt ist, die ein Wahr-Moden-Differentiell an dem Eingang, ein Wahr-Moden-Gleich an dem Eingang, ein Wahr-Moden-Differentiell an dem Ausgang und ein Wahr-Moden-Gleich an dem Ausgang umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem die unsymmetrische Voll-Port-S-Parameter-Kalibrierung eine Vier-Port-S-Parameter-Kalibrierung ist.
Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, das eine unsymmetrische Voll-Port-S-Parameter-Kalibrierung (12) ausführt, das folgende Schritte umfasst: Ausführen einer Zwei-Port-S-Parameter-Kalibrierung (32); Messen des Differenzeingangssignals wird gemessen (34); und Einstellen des Quellversatzes bei Phase und Größe (36).
Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem das Einstellen des Quellversatzes (36) das Einstellen der Amplitude von zumindest einer Quelle derart umfasst, dass Mag(a1/a2) eins ist, wenn der Phasenversatz auf ungefähr 0 Grad für ein Gleich-Moden-Signal eingestellt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, bei dem das Einstellen des Quellenversatzes das Einstellen der Amplitude von zumindest einer Quelle derart umfasst, dass Mag(a1/a2) ungefähr 180 Grad für ein Differenz-Moden-Signal ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 11, das ferner folgende Schritte aufweist: Phasenverschieben von einer der Referenzquellen; und Bestimmen von Leistungswellen, die jeder Quelle zugewiesen sind.
Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem die Referenzquelle um 90 Grad phasenverschoben ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 13, das ferner das Einstellen der relativen Amplitude und Pha se von einer der Quellen basierend auf den S-Parameter-Kalibrierungsdaten aufweist.