ES2353049T3 - Método y sistema de seguimiento de la calibración del sistema de prueba del parámetro de dispersión. - Google Patents
Método y sistema de seguimiento de la calibración del sistema de prueba del parámetro de dispersión. Download PDFInfo
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Abstract
Un método de corrección de las mediciones del parámetro-S para un dispositivo bajo prueba (DUT) que tiene parámetros-S y al menos un puerto del DUT, que utiliza un dispositivo de medición del parámetro-S incluyendo por lo menos un puerto de medición, y que comprende el acoplamiento de un módulo de seguimiento que incluye un primer y un segundo puertos, por su primer puerto al puerto de medición para formar un sistema de prueba del parámetro-S, en donde el módulo de seguimiento incluye además un conmutador conectado al primer puerto y, en una posición directa, conectando el primer puerto al segundo, y una pluralidad de estándares eléctricos caracterizados por un primer grupo de parámetros-S; la determinación de una calibración inicial para el sistema de prueba del parámetro-S; el acoplamiento del puerto del DUT al segundo puerto y la medición de los parámetros-S del dispositivo bajo prueba (DUT); el seguimiento de los cambios producidos en la calibración inicial durante la medición del dispositivo bajo prueba utilizando la pluralidad de estándares eléctricos y el conmutador; y la corrección de los parámetros-S medidos utilizando los cambios seguidos.
Description
Método y sistema de seguimiento de la
calibración del sistema de prueba del parámetro de dispersión.
Las realizaciones descritas se refieren a los
sistemas y métodos de corrección de las mediciones del parámetro de
dispersión para contabilizar la desviación de calibración. Más
particularmente, las realizaciones descritas se refieren al
seguimiento de la calibración del sistema de prueba del parámetro de
dispersión y a la corrección de las mediciones de dicho parámetro de
dispersión para contabilizar cualquier desviación de
calibración.
Los dispositivos de radiofrecuencia (RF) y
microondas se caracterizan generalmente por una matriz N x N de
parámetros de dispersión (parámetros-S) donde N es
el número de puertos del dispositivo de RF o microondas. Cada
parámetro S, denominado S_{xy}, es la proporción de la señal de
salida del puerto x respecto a la señal incidente en el puerto y
cuando en el dispositivo de RF o microondas no inciden otras
señales. Por ejemplo, la proporción entre la señal de salida del
puerto 2 y la señal que incide en el puerto 1 es denotada por
S_{21}.
Los parámetros-S se miden
normalmente por medio de un dispositivo de medición de
parámetros-S como, por ejemplo, un analizador de
red. La mayoría de dichos analizadores de red tienen sólo dos
puertos de medición, aunque también los hay disponibles con cuatro
o más puertos de medición. Para adaptar un dispositivo
multi-puerto bajo prueba (DUT) a un analizador de
red con dos puertos, este último se conecta con frecuencia a una
matriz de conmutación programable que contiene al menos tantos
puertos como número de puertos del DUT. El analizador de red mide
los parámetros-S del DUT configurando la matriz de
conmutación para que acople los dos puertos del DUT a los dos
puertos de medición. Los puertos restantes del DUT son terminados en
la matriz de conmutación.
Sea cual sea el tipo de dispositivo de medición
del parámetro-S usado, y de si se ha utilizado una
matriz de conmutación, el sistema de medición del
parámetro-S incluirá inevitablemente imperfecciones
del hardware que pueden dar lugar a errores de medición si no se
tienen en cuenta en las mediciones. Estos errores pueden ser
sistemáticos o aleatorios. Los errores sistemáticos son originados
por imperfecciones en el equipo de prueba y la configuración de
prueba. Por ejemplo, los errores sistemáticos se pueden producir a
partir de efectos direccionales en los acopladores, pérdidas de
cable y desajustes entre el sistema de prueba del
parámetro-S y el DUT. Habitualmente, estos errores
pueden ser determinados por calibración y eliminarse matemáticamente
durante el proceso de medición. Para una medición estándar por un
analizador de red con dos puertos, existe un modelo de calibración
generalmente aceptado que se utiliza para eliminar los efectos de
los doce errores sistemáticos siguientes:
seguimiento de transmisión inverso
(ETR).
\vskip1.000000\baselineskip
En cambio, los errores aleatorios varían al azar
en función del tiempo y, por tanto, no pueden ser eliminados
mediante calibración. Los principales causantes de errores
aleatorios son el ruido del aparato, la repetición del conmutador y
la repetición del conector.
Incluso si el sistema es calibrado, todos los
errores no pueden ser eliminados porque tras la calibración dicho
sistema puede estar sujeto a varios cambios causantes de la
desviación de calibración. Específicamente, son los cambios de
temperatura, los debidos a la conmutación de la trayectoria de RF o
microondas y al movimiento de los cables. Cuando en el sistema de
prueba se utilizan conmutadores electromecánicos de RF o microondas,
sus características de RF o microondas cambian cuando son
ejecutados. El movimiento del cable también deteriora las
características del sistema y cuanto mayor es la frecuencia más
significativos son los efectos negativos. Por consiguiente, si la
desviación de calibración no se tiene en cuenta las mediciones del
parámetro-S perderán su exactitud con el tiempo.
Generalmente, la desviación de calibración se
minimiza o elimina mediante uno de los métodos siguientes: el uso
de cables de prueba de dióxido de silicio (SiO_{2}) para minimizar
la pérdida del sistema de prueba y mejorar la estabilidad de fase
frente a la temperatura; el uso de conmutadores de elevada
repetición; o el uso de cables de referencia para compensar el
efecto de los cambios sistemáticos. Cada una de estas técnicas, sin
embargo, lleva asociada una limitación particular. De manera
específica, los conmutadores de elevada repetición son costosos y
degeneran sustancialmente sus capacidades de repetición con el uso.
Por otro lado, aunque los cables de dióxido de silicio sean muy
estables con la temperatura, muestran cambios en función de la
misma. Además, la eficacia de tales métodos se reduce
significativamente a medida que las frecuencias de prueba alcanzan
la banda Ka o cuando las pérdidas del sistema de prueba incrementan,
por ejemplo, cuando se emplean cables de prueba largos para conectar
el sistema de prueba al DUT.
En el documento US 2004251922 se describe un
método y productos de programa informático para calibraciones
completas de N puertos de un analizador vectorial. No obstante,
existen muchas aplicaciones que requieren cables largos entre el
sistema de prueba y el DUT. Por ejemplo, puede ser necesario poner
el DUT en un entorno específico como dentro de una cámara de vacío,
una cámara térmica o una cámara anecoica. Asimismo, puede que se
requiera probar el DUT in situ como integrado mecánicamente
en un gran conjunto. Por consiguiente, existe una necesidad por un
sistema que pueda corregir dinámicamente las mediciones del
parámetro-S para contabilizar la desviación de
calibración.
Las realizaciones descritas en el presente
documento proporcionan en un aspecto un método de corrección de las
mediciones del parámetro-S para un dispositivo bajo
prueba (DUT) utilizando un dispositivo de medición del
parámetro-S. El método incluye el acoplamiento de un
módulo de seguimiento a un puerto del dispositivo de medición del
parámetro-S para formar un sistema de prueba del
parámetro-S en donde dicho módulo de seguimiento
está asociado a una pluralidad de estándares eléctricos
caracterizados por un primer grupo de parámetros-S;
la determinación de una calibración inicial para el sistema de
prueba del parámetro-S; el acoplamiento del
dispositivo bajo prueba (DUT) al sistema de prueba del
parámetro-S y la medición de los
parámetros-S del dispositivo bajo prueba (DUT); el
seguimiento de los cambios producidos en la calibración inicial
durante la medición utilizando la pluralidad de estándares
eléctricos del módulo de seguimiento; y la corrección de los
parámetros-S medidos utilizando los cambios
seguidos.
La determinación de la calibración inicial puede
incluir la determinación de un segundo grupo de
parámetros-S para la pluralidad de estándares
eléctricos; la determinación de una calibración de un puerto a lo
largo de un plano de calibración en donde dicho plano de
calibración está situado entre el módulo de seguimiento y el
dispositivo bajo prueba (DUT); la determinación de una primera
calibración de un puerto a lo largo de un plano de corrección en
base al primer y segundo grupos de parámetros-S en
donde el plano de corrección está situado entre el módulo de
seguimiento y el dispositivo de medición del
parámetro-S; y el cálculo de un adaptador de error
basado en la calibración de un puerto a lo largo del plano de
calibración y la primera calibración de un puerto a lo largo del
plano de corrección.
El seguimiento de los cambios producidos en la
calibración inicial puede incluir la determinación de un tercer
grupo de parámetros-S para la pluralidad de
estándares eléctricos; la determinación de una segunda calibración
de un puerto a lo largo del plano de corrección en base al primer y
tercer grupos de parámetros-S; y la generación de
una calibración corregida de un puerto a lo largo del plano de
calibración basada en la segunda calibración de un puerto a lo largo
del plano de corrección y el adaptador de error.
Las realizaciones descritas en el presente
documento proporcionan en otro aspecto un método de corrección de
las mediciones del parámetro-S para un dispositivo
bajo prueba (DUT) utilizando un dispositivo de medición del
parámetro-S. El método incluye el acoplamiento de
una pluralidad de módulos de seguimiento a una pluralidad de
puertos del dispositivo de medición del parámetro-S
para formar un sistema de prueba del parámetro-S;
estando asociado cada módulo de seguimiento a un grupo de
estándares eléctricos caracterizados por un primer grupo de
parámetros-S; la determinación de una calibración
inicial para el sistema de prueba del parámetro-S;
el acoplamiento del dispositivo bajo prueba (DUT) al sistema de
prueba del parámetro-S y la medición de los
parámetros-S del dispositivo bajo prueba (DUT)
utilizando el sistema de prueba del parámetro-S; el
seguimiento de los cambios producidos en la calibración inicial
durante la medición utilizando los estándares eléctricos de los
módulos de seguimiento; y la corrección de los
parámetros-S medidos utilizando los cambios
seguidos.
La determinación de la calibración inicial puede
incluir la determinación de un segundo grupo de
parámetros-S para cada grupo de estándares
eléctricos; la generación de una calibración inicial completa de dos
puertos a lo largo de un plano de calibración en donde dicho plano
de calibración está situado entre los módulos de seguimiento y el
dispositivo bajo prueba (DUT); la generación de una primera
calibración de un puerto a lo largo de un plano de corrección para
cada puerto de interés del dispositivo bajo prueba (DUT) en base al
primer y segundo grupos de parámetros-S en donde el
plano de corrección está situado entre los módulos de seguimiento y
el dispositivo de medición del parámetro-S; y el
cálculo de un adaptador de error para cada puerto de interés del
dispositivo bajo prueba (DUT) basado en la calibración inicial
completa de dos puertos a lo largo del plano de calibración y las
primeras calibraciones de un puerto a lo largo del plano de
corrección.
El seguimiento de los cambios producidos en la
calibración inicial pueden incluir la determinación de un tercer
grupo de parámetros-S para cada grupo de estándares
eléctricos; la generación de una segunda calibración de un puerto a
lo largo del plano de corrección para cada puerto de interés del
dispositivo bajo prueba (DUT) en base al primer y tercer grupos de
parámetros-S; la determinación de una calibración
completa de dos puertos a lo largo del plano de corrección basada
en las segundas calibraciones de un puerto a lo largo del plano de
corrección y la calibración inicial completa de dos puertos a lo
largo del plano de calibración; y la generación de una calibración
corregida completa de dos puertos a lo largo del plano de
calibración en base a la calibración completa de dos puertos a lo
largo del plano de corrección y los adaptadores de error.
A continuación, se revelarán los aspectos y
ventajas adicionales de las realizaciones descritas a partir de la
siguiente descripción tomada junto con los dibujos adjuntos.
Para comprender mejor las realizaciones de los
sistemas y métodos descritos en la presente invención, y mostrar más
claramente como las mismas pueden ser llevadas a efecto, se hará
referencia, a modo de ejemplo, a los dibujos que se acompañan en los
cuales:
La figura 1 es un diagrama de bloque de un
sistema para medir los parámetros-S de un
dispositivo mono-puerto bajo prueba (DUT) de acuerdo
con al menos una realización;
La figura 2 es un diagrama de bloque del módulo
de seguimiento de la figura 1 de acuerdo con al menos una
realización;
La figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra
un método de corrección de las mediciones del
parámetro-S de un dispositivo
mono-puerto bajo prueba (DUT) de acuerdo con al
menos una realización;
La figura 4 es un gráfico del flujo de señal de
un modelo de términos de error para un puerto;
La figura 5 es un diagrama de bloque de un
sistema para medir los parámetros-S de un
dispositivo con dos puertos bajo prueba de acuerdo con al menos una
realización;
La figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra
un método de corrección de las mediciones del
parámetro-S de un dispositivo con dos puertos bajo
prueba de acuerdo con al menos una realización;
Las figuras 7A y 7B son gráficos del flujo de
señal de los modelos de términos de error directo e inverso de un
modelo de 12-términos de error; y
La figura 8 es un diagrama de bloque de un
sistema para medir los parámetros-S de un
dispositivo multi-puerto bajo prueba de acuerdo con
al menos una realización;
Se apreciará que en aras de dotar de simplicidad
y claridad a las ilustraciones, los elementos mostrados en las
figuras no han sido dibujados necesariamente a escala. Por ejemplo,
las dimensiones de algunos de los elementos pueden estar exageradas,
con fines aclaratorios, respecto a las de otros. Además, donde se
considere necesario, los números de referencia pueden estar
repetidos entre las figuras para indicar elementos respectivos o
análogos.
Se apreciará que numerosos detalles específicos
están establecidos con el fin de proporcionar una comprensión
minuciosa de los ejemplos de realización descritos en este
documento. No obstante, se entenderá por parte de aquellos expertos
en la técnica que las realizaciones aquí descritas pueden ser
puestas en práctica sin estos detalles específicos. En otros casos,
los métodos, procedimientos y componentes bien conocidos no se han
descrito en detalle para no oscurecer las realizaciones descritas en
la presente memoria. Además, esta descripción no se debe considerar
de ninguna forma limitante del alcance de las realizaciones aquí
descritas, sino más bien meramente descriptiva de la implementación
de las diversas realizaciones descritas en la presente
invención.
Haciendo referencia ahora a la figura 1, se
ilustra un sistema (100) para la corrección dinámica de las
mediciones de los parámetros-S de un DUT
mono-puerto (108) de acuerdo con una realización. El
sistema (100) incluye un dispositivo de medición del
parámetro-S (102), un módulo de seguimiento (104),
un controlador del módulo de seguimiento (106), un DUT
mono-puerto (108) y un ordenador programable (110).
Este ordenador programable puede ser, sin limitaciones, un
ordenador central, servidor, ordenador personal, portátil, y
similares.
\newpage
El DUT mono-puerto (108) puede
ser un dispositivo de RF o microondas con un puerto de
entrada/salida (116), o bien con múltiples puertos de
entrada/salida donde todos los puertos excepto uno están terminados
ya que para este dispositivo no se requiere la matriz completa del
parámetro-S.
El dispositivo de medición del
parámetro-S (102) mide los
parámetros-S del DUT mono-puerto
(108) aplicando una señal al puerto (116) del DUT y midiendo la
amplitud y la fase de la onda reflejada. El dispositivo de medición
del parámetro-S (102) puede ser un analizador
vectorial de redes (VNA) o cualquier otro dispositivo vectorial de
medición similar como, por ejemplo, un voltímetro vectorial (VVM),
con al menos un puerto de medición. Un dispositivo vectorial de
medición puede describirse como aquél que mide la magnitud y la fase
de los parámetros-S y puede ser contrastado con un
dispositivo escalar de medición que puede medir únicamente la
magnitud de dichos
parámetros-S.
parámetros-S.
Aunque el dispositivo de medición del
parámetro-S (102) mostrado en la figura 1 tiene dos
puertos de medición (112 y 114), debe entenderse que se podría
utilizar un dispositivo de medición del parámetro-S
con uno o más de dos puertos de medición (por ejemplo, cuatro
puertos de medición). El dispositivo de medición del
parámetro-S (102) está acoplado a, y controlado por,
un ordenador programable (110).
Dicho ordenador programable (110) se emplea para
ejecutar el software de calibración que interactúa con el
dispositivo de medición del parámetro-S (102) y el
controlador del módulo de seguimiento (106) para medir y corregir
los parámetros-S. Él software de calibración
instruye al ordenador programable (110) para que envíe al
dispositivo de medición del parámetro-S (102) tres
tipos de mensajes: configuración, inicio y recuperación. Un mensaje
de configuración incluye todos los parámetros necesarios para
realizar un grupo de mediciones del parámetro-S.
Los parámetros pueden incluir, pero no se limitan a, la frecuencia
inicial/final, número de puntos de frecuencia y la frecuencia
intermedia. Una vez que un mensaje de configuración ha sido enviado
el software de calibración instruye al ordenador programable (110)
para que envíe un mensaje de inicio que ordene al dispositivo de
medición del parámetro-S (102) que realice las
mediciones del parámetro-S utilizando los parámetros
enviados en el mensaje de configuración. Una vez que las mediciones
del parámetro-S están completas el software de
calibración instruye al ordenador programable (110) para que envíe
al dispositivo de medición del parámetro-S (102) un
mensaje de petición solicitando las mediciones del
parámetro-S. En respuesta, el dispositivo de
medición del parámetro-S (102) envía al ordenador
programable (110) las mediciones del
parámetro-S.
El software de calibración se comunica también
con el controlador del módulo de seguimiento (106). Por lo general,
dicho software de calibración sólo envía un tipo de mensaje al
controlador del módulo de seguimiento (106) el cual es un mensaje
de instrucción. Esto se describirá en mayor detalle en relación con
el controlador del módulo de seguimiento (106). El software de
calibración se puede almacenar en la memoria sólo de lectura del
ordenador programable (110) como un disco duro o bien en un
dispositivo de memoria extraíble.
En una realización, el ordenador programable
(110) está acoplado al dispositivo de medición del
parámetro-S (102) y al controlador del módulo de
seguimiento (106) a través de un cable de comunicaciones como, por
ejemplo, un cable Ethernet que lo comunica con el dispositivo de
medición del parámetro-S (102) y el controlador del
módulo de seguimiento (106) utilizando un protocolo TCP/IP. Sin
embargo, se pueden utilizar otras redes de comunicaciones y
protocolos adecuados.
El módulo de seguimiento (104) está conectado
entre el dispositivo de medición del parámetro-S
(102) y el DUT mono-puerto (108) y se emplea para
seguir los cambios que se producen en la calibración del sistema de
prueba de modo que las mediciones del parámetro-S
pueden ser corregidas reflejando cualquier cambio.
Con referencia ahora a la figura 2, se ilustra
un diagrama de bloque de un módulo de seguimiento (104) de acuerdo
con al menos una realización. Dicho módulo de seguimiento (104)
incluye tres estándares eléctricos (202, 204 y 206), un primer
puerto (208), un segundo puerto (210), un conmutador (212) y un
puerto de control de red (214). La precisión del módulo de
seguimiento (104) se puede acentuar incrementando el número de
estándares eléctricos. No obstante, el incremento del número de
estándares eléctricos conlleva también un incremento del coste del
módulo de seguimiento (104).
Los estándares eléctricos (202, 204 y 206)
pueden ser cualquier combinación de diferentes estándares
eléctricos. Sin embargo, cuanto más distintos sean entre sí, más
exacto será el seguimiento. En una realización dichos estándares
eléctricos (202, 204 y 206) pueden ser un
"abierto-corto-carga". Por otro
lado, los estándares eléctricos (202, 204 y 206) pueden ser
estándares rastreables NIST (Instituto Nacional de Estándares y
Tecnología).
Tal y como se muestra en la figura 2, el
conmutador (212) se puede colocar en una de cuatro posiciones: (1)
conectando el primer puerto (208) al primer estándar eléctrico
(202); (2) conectando el primer puerto (208) al segundo estándar
eléctrico (204); (3) conectando el primer puerto (208) al tercer
estándar eléctrico (206); y (4) conectando el primer puerto (208) al
segundo puerto (210).
Cuando el conmutador (212) conecta el primer
puerto (208) al segundo (210), se dice que dicho conmutador (212)
está en la posición directa. Este conmutador (212) debe estar en la
posición directa para permitir que el dispositivo de medición del
parámetro-S (102) mida los
parámetros-S del DUT mono-puerto
(108). Las otras tres posiciones serán referidas como posiciones
estándar. El conmutador (212) está colocado únicamente en una de
las tres posiciones estándar durante la calibración inicial o cuando
el módulo de seguimiento (104) está siguiendo la desviación de
calibración. Este conmutador (212) se puede implementar usando
diodos positivos intrínsecos negativos (PIN), sistemas
microelectromecánicos (MEMS), transistores de efecto de campo (FET)
o conmutadores electromecánicos.
El puerto de control de red (214) del módulo de
seguimiento (104) se acopla al controlador del módulo de seguimiento
(106) por una línea de suministro de potencia (140) y una línea de
comunicaciones (142). El controlador del módulo de seguimiento
proporciona potencia al módulo de seguimiento (104) a través de una
línea de suministro de potencia (140).
El controlador del módulo de seguimiento (106)
actúa también como interfaz entre el ordenador programable (110) y
el módulo de seguimiento (104). El controlador del módulo de
seguimiento (106) recibe y decodifica las instrucciones del
ordenador programable (110) y después envía una señal de instrucción
al módulo de seguimiento (104) por la línea de comunicaciones (142)
para establecer la posición del conmutador (212). En una
realización, la línea de comunicación (142) entre el controlador
del módulo de seguimiento (106) y el módulo de seguimiento (104)
incluye varias líneas de comunicación digital que se pueden fijar en
1 ó 0. La posición del conmutador (212) se selecciona estableciendo
valores particulares para las líneas de comunicación. Por ejemplo,
donde haya dos líneas de comunicación digital, la primera posición
estándar se puede escoger fijando ambas líneas en 0 y la segunda
posición estándar se puede elegir fijando la primera línea en 0 y la
segunda en 1. El controlador del módulo de seguimiento (106) puede
ser un microprocesador, una matriz de puertas programables de campo
(FPGA) o cualquier otro dispositivo similar.
El módulo de seguimiento (104) está
caracterizado por siete parámetros-S. Cuatro de los
parámetros-S (S_{11}, S_{12}, S_{21},
S_{22}) son para la posición directa y un
parámetro-S (S_{11}) para cada una de las
tres posiciones estándar ya medidas por el primer puerto (208). El
módulo de seguimiento (104) es fabricado al mismo tiempo que los
parámetros-S del módulo de seguimiento (104) son
medidos. Estos parámetros-S serán referidos como
los parámetros-S de fabricación del módulo de
seguimiento (104). Los parámetros-S de fabricación
son cargados en el ordenador programable (110) antes de utilizar el
módulo de seguimiento (104) en el sistema de prueba.
Haciendo referencia ahora a la figura 3, se
ilustra un diagrama de flujo de un método (300) para corregir
dinámicamente las mediciones del parámetro-S de un
DUT mono-puerto (108) utilizando el sistema de la
figura 1. En el paso (302), el primer puerto (208) del módulo de
seguimiento (104) se acopla a uno de los puertos de medición (112 y
114) del dispositivo de medición del parámetro-S
(102) utilizando conectores de RF o microondas estándar. El
dispositivo de medición del parámetro-S (102) y el
módulo de seguimiento (104) forman juntos un sistema de prueba del
parámetro-S para un puerto. Una vez que el módulo de
seguimiento (104) está acoplado al dispositivo de medición del
parámetro-S (102), en el paso (304) se determina una
calibración inicial para el sistema de prueba del
parámetro-S para un puerto.
En una realización, la determinación de la
calibración inicial incluye cuatro etapas. En la primera etapa, el
dispositivo de medición del parámetro-S (102) mide
los parámetros-S de los tres estándares eléctricos
(202, 204 y 206) del módulo de seguimiento (104). Para que el
dispositivo de medición del parámetro-S (102) pueda
medir los estándares eléctricos (202, 204 y 206) del módulo de
seguimiento (104), este último es conmutado de la posición directa
a cada una de las tres posiciones estándar de manera consecutiva.
Estos parámetros-S serán referidos como los
parámetros-S de calibración del módulo de
seguimiento (104).
En la segunda etapa de la calibración inicial,
se genera una calibración de un puerto a lo largo del plano
A_{1}-A_{1}. El plano
A_{1}-A_{1} es referido como el plano de
calibración y, como se muestra en la figura 1, está entre el módulo
de seguimiento (104) y el DUT mono-puerto (108).
Normalmente, la calibración implica un proceso conocido como
corrección de error vectorial por el que los errores sistemáticos se
caracterizan midiendo estándares de calibración conocidos, y los
datos medidos son entonces utilizados para calcular un modelo de
términos de error. Dicho modelo de términos de error se usa para
eliminar los efectos de los errores sistemáticos de las mediciones
subsiguientes del parámetro-S. Específicamente, se
genera una calibración de un puerto para determinar los términos de
error para dicho puerto según un modelo de términos de error para un
puerto.
Un modelo de términos de error para un puerto
puede medir y eliminar los tres términos de error sistemáticos
(direccionalidad directa (EDF), concordancia de fuente
directa (ESF), y seguimiento de reflexión directo
(ERF)) de las mediciones del parámetro-S.
Estos tres términos de error se derivan a partir de una ecuación
general que se puede calcular en términos de tres ecuaciones
simultáneas con tres incógnitas. Una forma de obtener estas tres
ecuaciones es midiendo tres estándares de calibración conocidos (es
decir, un
"abierto-corto-carga"). La
resolución de las ecuaciones genera los tres términos de error
sistemáticos y hace posible derivar los parámetros-S
reales del DUT.
Haciendo referencia ahora a la figura 4, se
ilustra un modelo bien conocido de términos de error para un puerto
en la forma de gráfico del flujo de señal. Se utiliza un gráfico de
flujo para representar y analizar las señales transmitidas y
reflejadas por un dispositivo. Las flechas en dicho gráfico
representan el flujo de señal a través de un dispositivo. En esta
figura 4, la señal en el nodo a_{0} es la señal incidente medida,
la señal en el nodo b_{0} es la señal reflejada medida, la señal
en el nodo a_{1} es la señal incidente en el puerto 1 del DUT y
la señal en el nodo b_{1} es la señal reflejada en el puerto 1 del
DUT. Los términos de error son representados por e_{00}
(direccionalidad directa), e_{11} (concordancia de fuente
directa) y e_{10}e_{01} (seguimiento de reflexión
directo), siendo \Gamma el coeficiente de reflexión real del
DUT.
\newpage
El coeficiente de reflexión medido
\Gamma_{M} puede ser expresado mediante la siguiente
ecuación:
donde \Delta_{e} es igual a
e_{00}e_{11} -
(e_{10}e_{01}).
\vskip1.000000\baselineskip
Si se conocen los tres coeficientes de reflexión
(\Gamma_{1}, \Gamma_{2}, \Gamma_{3}) y se miden los tres
coeficientes de reflexión resultantes (\Gamma_{M1},
\Gamma_{M2}, \Gamma_{M3}) entonces hay tres ecuaciones con
las que se puede calcular e_{00}, e_{11} y
\Delta_{e},
Si se conocen los tres términos de error, con la
ecuación (1) se puede calcular el coeficiente de reflexión real
\Gamma del DUT.
La calibración de un puerto a lo largo del plano
de calibración A_{1}-A_{1} se puede determinar
utilizando un kit de calibración automática o una unidad de
calibración electrónica.
En la tercera etapa de la calibración inicial,
se genera una calibración de un puerto a lo largo del plano
B_{1}-B_{1}. El plano
B_{1}-B_{1} es referido como el plano de
corrección y, como se muestra en la figura 1, está entre el módulo
de seguimiento (104) y el dispositivo de medición del
parámetro-S (102). En una realización, la
calibración de un puerto a lo largo del plano de corrección
B_{1}-B_{1} se genera a partir de los
parámetros-S de fabricación y de los de calibración
del módulo de seguimiento (104). Específicamente, los tres términos
de error para un puerto son determinados a partir de las ecuaciones
(2), (3) y (4) utilizando los parámetros-S de
fabricación como los coeficientes de reflexión conocidos y los
parámetros-S de calibración como los coeficientes de
reflexión medidos.
En la cuarta etapa de la calibración inicial, se
calcula un adaptador de error a partir de la calibración de un
puerto a lo largo del plano de calibración
A_{1}-A_{1} y la calibración de un puerto a lo
largo del plano de corrección B_{1}-B_{1}. Un
adaptador de error es la representación de la distancia eléctrica
entre dos planos. En dicho caso los dos planos son el de calibración
A_{1}-A_{1} y el de corrección
B_{1}-B_{1}. El adaptador de error puede estar
representado por un grupo de parámetros-S para dos
puertos (S_{11}, S_{12}, S_{21}, S_{22}). En una
realización, los parámetros-S para dos puertos son
determinados diferenciando la calibración de un puerto a lo largo
del plano de calibración A_{1}-A_{1} y la
calibración de un puerto a lo largo del plano de corrección
B_{1}-B_{1}.
Se sabe que se puede añadir un adaptador a una
calibración de un puerto (EDF_{1}, ERF_{1}, ESF_{1})
para generar una segunda calibración de un puerto (EDF_{2},
ERF_{2}, ESF_{2}) utilizando las ecuaciones (6), (7) y (8)
siguientes:
\vskip1.000000\baselineskip
donde EDF_{1}, ERF_{1} y
ESF_{1} son los términos de error originales para un
puerto, EDF_{2}, ESF_{2} y ERF_{2} son los
nuevos términos de error para un puerto y S_{11}, S_{21},
S_{12}, S_{22} representan los parámetros-S
del
adaptador.
\vskip1.000000\baselineskip
Las ecuaciones (6), (7) y (8) se pueden
reordenar para calcular los siguientes parámetros-S
del adaptador:
Si se asume que el adaptador es recíproco
entonces S_{12} es igual a S_{21} y la ecuación
(10) se puede reordenar para calcular S_{12} y
S_{21}:
El signo propiamente dicho (+/-) para la raíz
cuadrada de la ecuación
(la cual es referida simplemente
como X) se determina según el método establecido en la patente
norteamericana nº 6.300.775 (Peach et al.,). Específicamente,
los datos de la fase de X están desordenados y entonces se
extrapolan de nuevo a la fase de 0 Hz. Las curvas se extrapolan a 0
Hz utilizando el ajuste a una línea recta. Aunque dicho ajuste a una
línea recta es apropiado para un sistema coaxial, en el caso de un
sistema de guía de ondas o uno mixto coaxial/guía de ondas se
emplearía un método de extrapolación más complejo. La fase absoluta
de X se puede extraer a partir de las gráficas. Sabiendo la fase
absoluta a la frecuencia elegida, se puede obtener la raíz cuadrada
de X utilizando la siguiente expresión en notación compleja
polar:
donde R es el módulo o la
magnitud y \theta es el argumento o la fase del número
complejo.
\vskip1.000000\baselineskip
Por consiguiente, los
parámetros-S del adaptador de error en la cuarta
etapa de la calibración inicial pueden ser determinados a partir de
las ecuaciones (9), (11), y (12) donde EDF_{1}, ESF_{1} y
ERF_{1} son los términos de error para un puerto de la
calibración de un puerto a lo largo del plano de corrección
B_{1}-B_{1}, y EDF_{2}, ESF_{2} y
ERF_{2} son los términos de error para un puerto de la
calibración de un puerto a lo largo del plano de calibración
A_{1}-A_{1}.
Después de determinar la calibración inicial, en
el paso (306) el puerto (116) del DUT se acopla al segundo puerto
(210) del módulo de seguimiento (104) y se mide el
parámetro-S del DUT mono-puerto
(108). El DUT (108) se puede acoplar al módulo de seguimiento (104)
mediante cualquier conector de RF o microondas. Para reforzar la
precisión del método (300), el módulo de seguimiento (104) debe
estar situado tan cerca como sea posible del DUT (108). Esto
incrementa la exactitud de la corrección porque el método (300) sólo
puede corregir dinámicamente la desviación de calibración en la
parte del sistema que está entre el dispositivo de medición del
parámetro-S (102) y el módulo de seguimiento (104).
El método (300) no puede corregir la desviación que se produce entre
el módulo de seguimiento (104) y el DUT (108).
Una vez que el parámetro-S ha
sido medido, en el paso (308) se utiliza el módulo de seguimiento
(104) para seguir los cambios producidos en la calibración inicial.
En una realización, el seguimiento de los cambios que se producen en
la calibración inicial incluye tres etapas. En la primera etapa de
seguimiento, el dispositivo de medición del
parámetro-S (102) mide los
parámetros-S de los estándares eléctricos (202, 204
y 206) del módulo de seguimiento (104). Estos
parámetros-S serán referidos como los
parámetros-S de medición del módulo de seguimiento
(104).
En la segunda etapa de seguimiento, se genera
una segunda calibración de un puerto a lo largo del plano de
corrección B_{1}-B_{1}. En una realización, la
segunda calibración de un puerto se genera a partir de los
parámetros-S de fabricación y de los de medición del
módulo de seguimiento (104). Específicamente, los tres términos de
error para un puerto son determinados a partir de las ecuaciones
(2), (3) y (4) utilizando los parámetros-S de
fabricación como los coeficientes de reflexión conocidos y los
parámetros-S de medición como los coeficientes de
reflexión
medidos.
medidos.
En la tercera etapa de seguimiento, se genera
una calibración corregida de un puerto a lo largo del plano de
calibración A_{1}-A_{1} a partir de la segunda
calibración de un puerto a lo largo del plano de corrección
B_{1}-B_{1} y el adaptador de error. En una
realización, se genera la calibración corregida de un puerto a lo
largo del plano de calibración A_{1}-A_{1}
añadiendo el adaptador de error a la segunda calibración de un
puerto a lo largo del plano de corrección
B_{1}-B_{1}. Específicamente, los términos de
error para un puerto de la calibración corregida de un puerto a lo
largo del plano de calibración A_{1}-A_{1}
(EDF_{2}, ESF_{2} y ERF_{2}) son determinados a
partir de las ecuaciones (6), (7) y (8) donde EDF_{1},
ESF_{1} y ERF_{1} son los términos de error de la
segunda calibración de un puerto a lo largo del plano de corrección
B_{1}-B_{1}, y S_{11}, S_{12},
S_{21} y S_{22} son los parámetros-S
del adaptador de error.
Después de haber seguido los cambios, en el paso
(310) los parámetros-S medidos son corregidos usando
la calibración corregida de un puerto a lo largo del plano de
calibración A_{1}-A_{1}. En una realización, los
parámetros-S reales son determinados a partir de la
ecuación (5) utilizando los parámetros-S medidos y
los términos de error de la calibración corregida de un puerto a lo
largo del plano de calibración A_{5}-A_{5}. El
seguimiento y la corrección pueden llevarse a cabo cada vez que los
parámetros-S sean medidos o puede realizare
únicamente tras haber alcanzado un cierto umbral (por ejemplo,
después de que haya transcurrido una cantidad predeterminada de
tiempo). Si el seguimiento y la corrección son realizados únicamente
tras haber alcanzado un cierto umbral, se utiliza la calibración a
lo largo del plano de calibración A_{1}-A_{1}
que se haya generado más recientemente para corregir las mediciones
del parámetro-S tomadas entre las correcciones de
calibración.
Haciendo referencia ahora a la figura 5, se
ilustra un sistema (500) para medir los parámetros-S
de un DUT con dos puertos (508) de acuerdo con una realización. El
sistema (500) incluye un dispositivo de medición del
parámetro-S (502), un primer módulo de seguimiento
(520), un segundo módulo de seguimiento (504), un controlador del
módulo de seguimiento (506), un dispositivo con dos puertos bajo
prueba (DUT) (508) y un ordenador programable
(510).
(510).
El controlador del módulo de seguimiento (506) y
el ordenador programable (510) son comparables a y operan de manera
similar al controlador del módulo de seguimiento (106) y el
ordenador programable (110) del sistema
(100).
(100).
El dispositivo de medición del
parámetro-S (502) mide los cuatro
parámetros-S (S_{11}, S_{12}, S_{21},
S_{22}) del DUT con dos puertos (508) aplicando una señal a
ambos puertos (516 y 518) del DUT de manera consecutiva y midiendo
la amplitud y la fase de las ondas reflejadas y transmitidas. Cuando
el dispositivo de medición del parámetro-S (502)
transmite la señal de prueba desde el primer puerto de medición
(512) estas mediciones son referidas como las mediciones directas.
Cuando el dispositivo de medición del parámetro-S
(502) transmite la señal de prueba desde el segundo puerto de
medición (514) estas mediciones son referidas como las mediciones
inversas. El dispositivo de medición del parámetro-S
(502) puede ser un VNA o cualquier otro dispositivo vectorial de
medición similar con al menos dos puertos de medición. En el sistema
(500) de la figura 5 el dispositivo de medición del
parámetro-S (502) tiene dos puertos de medición (512
y 514), aunque también se podría utilizar un dispositivo de medición
del parámetro-S con más de dos puertos de medición
(por ejemplo, con cuatro puertos de medición).
\newpage
El primer y segundo módulos de seguimiento (520
y 504) del sistema (500) incluyen los mismos componentes y operan de
la misma manera que el módulo de seguimiento (104) del sistema
(100). Como en el caso del módulo de seguimiento (104) del sistema
(100), los parámetros-S de los módulos de
seguimiento (504 y 520) del sistema (500) son medidos en el momento
de fabricación y son referidos como los parámetros-S
de fabricación. Estos parámetros-S de fabricación
son cargados en el ordenador programable (510) antes de utilizar los
módulos de seguimiento (504 y 520) en el sistema.
Haciendo referencia ahora a la figura 6, se
ilustra un diagrama de flujo de un método (600) para corregir
dinámicamente las mediciones del parámetro-S de un
DUT con dos puertos (508) utilizando el sistema (500) de la figura
5. En el paso (602) el primer puerto (208) del primer módulo de
seguimiento (520) se acopla al primer puerto de medición (512) del
dispositivo de medición del parámetro-S (502) y el
primer puerto (208) del segundo módulo de seguimiento (504) se
acopla al segundo puerto de medición (514) del dispositivo de
medición del parámetro-S (502). Dicho dispositivo de
medición del parámetro-S (502) y el primer y segundo
módulos de seguimiento (520 y 504) forman juntos un sistema de
prueba del parámetro-S para dos puertos. Una vez que
los módulos de seguimiento (520 y 504) están acoplados al
dispositivo de medición del parámetro-S (502), en el
paso (604) se determina una calibración inicial para el sistema de
prueba del parámetro-S para dos puertos.
En una realización, la determinación de la
calibración inicial (604) incluye cuatro etapas. En la primera
etapa, el dispositivo de medición del parámetro-S
(502) mide los parámetros-S para los tres estándares
eléctricos (202, 204 y 206) del primer y segundo módulos de
seguimiento (520 y 504). Estos parámetros-S serán
referidos como los parámetros-S de calibración del
primer y segundo módulos de seguimiento (520 y 504).
En la segunda etapa de la calibración inicial,
se genera una calibración de dos puertos a lo largo del plano
A_{5}-A_{5}. El plano
A_{5}-A_{5} es referido como el plano de
calibración y, como se muestra en la figura 5, está entre los
módulos de seguimiento (520 y 504) y el DUT con dos puertos (508).
La generación de una calibración de dos puertos implica la
generación de los términos de error para dos puertos a partir de un
modelo de términos de error para dos puertos.
Existen varios modelos bien conocidos de
términos de error para dos puertos incluyendo el modelo estándar de
12 términos de error, el modelo de 8 términos de error y el de 16
términos de error. El modelo estándar de 12 términos de error se
genera colocando un adaptador de error imaginario que contiene 6
términos de error en la dirección directa entre el DUT con dos
puertos (508) y el dispositivo de medición del
parámetro-S (504). En la dirección inversa se
utiliza un modelo similar de 6 términos. Los adaptadores directo e
inverso se combinan dando lugar a cuatro ecuaciones que contienen
los cuatro parámetros-S del DUT con dos puertos
(508) y los 12 términos de error. Si se conocen los 12 términos de
error con estas cuatro ecuaciones se puede calcular los
parámetros-S reales del DUT con dos puertos (508).
Aunque las realizaciones se describirán haciendo referencia al
modelo estándar de 12 términos de error, los métodos y sistemas
revelados son aplicables igualmente a cualquier otro tipo de modelo
de términos de error para dos puertos.
Con referencia ahora a las figuras 7A y 7B, se
ilustran los modelos de 6 términos de error directo e inverso en la
forma de gráficos del flujo de señal. En la figura 7A, la señal en
el nodo R es la señal incidente medida en el primer puerto de
medición, la señal en el nodo A es la señal reflejada medida en el
primer puerto de medición, y la señal en el nodo B es la señal
transmitida medida en el segundo puerto de medición. S_{11},
S_{12}, S_{21} y S_{22} representan los
parámetros-S reales del DUT (702). Los términos de
error están representados por e_{00} (direccionalidad
directa (EDF)), e_{11} (concordancia de fuente
directa (ESF)), e_{10}e_{01} (seguimiento de
reflexión directo (ERF)), e_{30} (aislamiento
cruzado directo (EXF)), e_{10}e_{32} (seguimiento
de transmisión directo (ETF)) y e_{22} (concordancia
de carga directa (ELF)).
A partir de la figura 7A se puede observar que
los parámetros-S medidos (S_{xyM}) están en
función de los parámetros-S reales (S_{xy})
del DUT según las ecuaciones siguientes:
donde \Delta_{S} es igual a
S_{11}S_{22}-
S_{21}S_{12}.
\vskip1.000000\baselineskip
En la figura 7B, la señal en el puerto A es la
señal transmitida medida en el segundo puerto de medición, la señal
en el puerto R es la señal incidente medida en el segundo puerto de
medición, y la señal en el puerto B es la señal reflejada medida en
el primer puerto de medición. S_{11}, S_{12}, S_{21} y
S_{22} representan los parámetros-S reales
del DUT (702). Los términos de error están representados por
e'_{33} (direccionalidad inversa (EDR)),
e'_{11} (concordancia de carga inversa (ELR)),
e'_{23}e'_{32} (seguimiento de reflexión inverso
(ERR)), e'_{03} (aislamiento cruzado inverso
(EXR)), e'_{23}e'_{01} (seguimiento de transmisión
inverso (ETR)) y e'_{22} (concordancia de fuente
directa (ESR)).
A partir de la figura 7B se puede observar que
los parámetros-S medidos (S_{xyM}) están en
función de los parámetros-S reales (S_{xy})
del DUT según las ecuaciones siguientes:
Como se ha expuesto anteriormente, si se conocen
los doce términos de error con las ecuaciones (14), (15), (16) y
(17) se puede calcular los parámetros-S reales del
DUT:
\vskip1.000000\baselineskip
donde D es igual
a
\vskip1.000000\baselineskip
La calibración de dos puertos a lo largo del
plano de calibración A_{5}-A_{5} se puede
generar según varias técnicas publicadas bien establecidas como SOLT
(corto-abierto-carga-transmisión),
LRM (acoplamiento de línea reflectora) o TRL (línea de transmisión
reflectora) o mediante cualquier otra técnica semejante. Sea cual
sea la técnica específica escogida, cada una de ellas mide ciertos
componentes de la calibración con el fin de resolver las
participaciones de los errores del modelo estándar de 12 términos.
Para calcular las 12 cantidades desconocidas en las ecuaciones
modelo, se deben hacer 12 mediciones independientes en los puertos
de prueba.
La tabla 1 proporciona un sumario de los doce
términos de error descritos mediante notaciones comunes. En la
primera, segunda y cuarta columnas se muestran la descripción en
palabras del término de error, la notación estándar para dos
puertos, y la notación para el gráfico de flujo, respectivamente. La
tercera columna muestra una notación ligeramente modificada que
utiliza índices en vez de la designación de directo/a (F) e
inverso/a (R). En la notación con índice, el segundo número describe
el puerto de medición del dispositivo de medición del
parámetro-S al que se aplica la señal de fuente y el
primer número describe el puerto de medición de dicho dispositivo de
medición del parámetro-S en el que se detecta la
señal seguido de la notación para el parámetro-S.
Una ventaja de la notación con índice es que se puede generalizar a
dispositivos de medición del parámetro-S con más de
dos puertos de medición.
En la tercera etapa de la calibración inicial,
se generan las calibraciones de un puerto a lo largo del plano
B_{5}-B_{5} para cada puerto del DUT con dos
puertos (508). El plano B_{5}-B_{5} es referido
como el plano de corrección y, como se muestra en la figura 5, está
entre los módulos de seguimiento (520 y 504) y el dispositivo de
medición del parámetro-S (502). En una realización,
las calibraciones de un puerto a lo largo del plano de corrección
B_{5}-B_{5} son generadas a partir de los
parámetros-S de fabricación y de los de calibración
del primer y segundo módulos de seguimiento (504 y 520).
Específicamente, los tres términos de error para un puerto son
determinados a partir de las ecuaciones (2), (3) y (4) utilizando
los parámetros-S de fabricación como los
coeficientes de reflexión conocidos y los
parámetros-S de calibración como los coeficientes de
reflexión medidos.
En la cuarta etapa de la calibración inicial, se
calcula un adaptador de error para cada puerto (516 y 518) del DUT
con dos puertos (508). Cada adaptador de error es un modelo de la
distancia eléctrica entre el plano de calibración
A_{5}-A_{5} y el de corrección
B_{5}-B_{5} y puede estar representado por un
grupo de parámetros-S para dos puertos (S_{11},
S_{12}, S_{21}, S_{22}). En una realización, los
adaptadores de error se calculan diferenciando la calibración de dos
puertos a lo largo del plano de calibración
A_{5}-A_{5} y las dos calibraciones de un puerto
a lo largo del plano de corrección
B_{5}-B_{5}.
Específicamente, los
parámetros-S del adaptador de error para el primer
puerto (516) del DUT se determinan a partir de las ecuaciones (9),
(11), y (12). Los parámetros EDF_{1}, ESF_{1} y
ERF_{1} son los términos de error para un puerto generados
a partir de los parámetros-S del primer módulo de
seguimiento (520). Los parámetros EDF_{2}, ESF_{2} y
ERF_{2} son los términos EDF, ESF y ERF de la
calibración inicial de dos puertos a lo largo del plano de
calibración A_{5}-A_{5}.
De manera similar, los
parámetros-S del adaptador de error para el segundo
puerto (518) del DUT se determinan a partir de las ecuaciones (9),
(11), y (12). Los parámetros EDF_{1}, ESF_{1} y
ERF_{1} son los términos de error para un puerto generados
a partir de los parámetros-S del segundo módulo de
seguimiento (504). Los parámetros EDF_{2}, ESF_{2} y
ERF_{2} son los términos EDR, ESR y ERR de la
calibración inicial de dos puertos a lo largo del plano de
calibración A_{5}-A_{5}.
Después de determinar la calibración inicial, en
el paso (606) el primer puerto (516) del DUT se acopla al segundo
puerto (210) del primer módulo de seguimiento (520), y el segundo
puerto (518) del DUT se acopla al segundo puerto (210) del segundo
módulo de seguimiento (504). Una vez que el DUT con dos puertos
(508) ha sido acoplado al primer y segundo módulos de seguimiento
(520 y 504) se miden los parámetros-S del DUT con
dos puertos (508).
Tras medir el parámetro-S, en el
paso (608), el primer y segundo módulos de seguimiento (520 y 504)
siguen los cambios producidos en la calibración inicial. En una
realización, el seguimiento de los cambios que se producen en la
calibración inicial incluye cuatro etapas. En la primera etapa, el
dispositivo de medición del parámetro-S (502) mide
los parámetros-S de los tres estándares (202, 204 y
206) del primer y segundo módulos de seguimiento (520 y 504). Estos
parámetros-S serán referidos como los
parámetros-S de medición del primer y segundo
módulos de seguimiento (520 y 504).
En la segunda etapa de seguimiento, se vuelven a
generar las calibraciones de un puerto a lo largo del plano de
corrección B_{5}-B_{5} para cada puerto (516 y
518) del DUT con dos puertos (508). En una realización las
calibraciones de un puerto son generadas a partir de los
parámetros-S de fabricación y de los de medición del
primer y segundo módulos de seguimiento (520 y 504).
Específicamente, los tres términos de error para un puerto se
determinan a partir de las ecuaciones (2), (3) y (4) utilizando los
parámetros-S de fabricación como los coeficientes de
reflexión conocidos y los parámetros-S de medición
como los coeficientes de reflexión medidos.
En la tercera etapa de seguimiento, se genera
una calibración de dos puertos a lo largo del plano de corrección
B_{5}-B_{5}. La calibración de dos puertos a lo
largo del plano de corrección B_{5}-B_{5} se
genera a partir de la calibración inicial de dos puertos a lo largo
del plano de calibración A_{5}-A_{5} y las dos
calibraciones regeneradas de un puerto a lo largo del plano de
corrección B_{5}-B_{5}. Una calibración de dos
puertos requiere la generación de 12 términos de error. Dos de estos
términos, que son los términos de aislamiento (EXF y
EXR), se pueden ignorar en la mayor parte de las
aplicaciones. Puesto que las calibraciones regeneradas de un puerto
a lo largo del plano de corrección B_{5}-B_{5}
sólo generan seis términos de error (EDF, ESF, ERF, EDR, ESR,
y ERR) hay otros cuatro términos de error (ELF, ETF,
ELR, y ETR) que deben ser generados de otra manera.
En una realización, los cuatro términos de error
desconocidos (ELF, ETF, ELR y ETR) se generan a partir
de los términos de error de las calibraciones regeneradas de un
puerto y los términos específicos del dispositivo de medición del
parámetro-S que pueden ser determinados a partir de
la calibración inicial de dos puertos a lo largo del plano de
calibración A_{5}-A_{5}.
Específicamente, los términos ELF y
ELR se generan definiendo un parámetro, \rho, para cada
puerto de medición (512 y 514) del dispositivo de medición del
parámetro-S (502). El parámetro \rho se define
como la proporción entre la señal de fuente y la señal reflejada, la
cual es una función de la configuración interna del dispositivo de
medición del parámetro-S (502). A continuación, se
demostrará que ELF y ELR pueden ser generados a partir
de \rho junto con los términos de error de las calibraciones
regeneradas de un puerto a lo largo del plano de corrección
B_{5}-B_{5}.
En primer lugar, y a partir de la figura 7A, la
relación entre las señales en el primer puerto de medición (a_{1}
y b_{1}) del dispositivo de medición del
parámetro-S (502) y las señales en los puertos de
muestreo (A y R) viene dada por las ecuaciones (22) y (23):
A continuación, si el puerto de medición está en
su condición terminada como se muestra en la figura 7B, entonces la
proporción R/A toma un valor fijo de \rho en las ecuaciones
(22) y (23), dando lugar a las ecuaciones (24) y (25):
Por tanto, y a partir de la figura 7B, los
términos de error para un puerto (e'_{01} y
e'_{11}) vienen dados por las ecuaciones (26) y (27):
La ecuación (27) se puede expresar de una forma
más generalizada dando lugar a la ecuación (28) donde \rho_{i}
es el \rho asociado con el puerto i-ésimo.
Puesto que ED_{ii}, ER_{ii} y
ES_{ii} son generados por las calibraciones de un puerto,
ELF y ELR se pueden determinar según la ecuación (28)
a partir de las calibraciones de un puerto y \rho_{1} y
\rho_{2}. Como \rho_{1} y \rho_{2} son parámetros
constantes, se pueden determinar de la ecuación (28) a partir de los
términos de error de la calibración inicial de dos puertos a lo
largo del plano de calibración A_{5}-A_{5}.
Los términos ETF y ETR pueden ser
generados de una forma similar definiendo los parámetros
TR_{11} y TR_{22}. TR_{11} se define como
la raíz cuadrada de la proporción entre e_{10} y
e_{01}. TR_{22} es el equivalente de
TR_{11} para el puerto 2 y se define como la raíz cuadrada
de la proporción entre e'_{23} y e'_{32}. Es
fácilmente demostrable que estas dos proporciones son independientes
de cualquier cable o accesorio que pueda estar acoplado al
dispositivo de medición del parámetro-S (502) si
dichos cables y accesorios son recíprocos. El término recíproco se
utiliza para indicar que S_{12} es igual a S_{21}.
Por consiguiente, asumiendo la reciprocidad de los cables y
accesorios, estas dos proporciones pueden ser consideradas como
función únicamente del dispositivo de medición del
parámetro-S (502). Se demostrará que ELF y
ELR pueden ser generados a partir de TR_{11},
TR_{22} y \rho junto con los términos de error de las
calibraciones regeneradas de un puerto a lo largo del plano de
corrección B_{5}-B_{5}.
En primer lugar, las ecuaciones (26) y (27) se
pueden reordenar para calcular \rho.
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación, las ecuaciones (29) y (30) son
igualadas a la ecuación (31) generada.
\vskip1.000000\baselineskip
La versión de la ecuación (31) para el puerto 2
se muestra en la ecuación (32).
\vskip1.000000\baselineskip
Al multiplicar las ecuaciones (31) y (32) se
produce la condición de dependencia entre los parámetros de error
que viene dada en la ecuación (33).
De la ecuación (32), (e_{10}e_{32})
se pueden expresar como se muestra en la ecuación (34):
Esta ecuación (34) puede ser generalizada a la
ecuación (35):
Puesto que ED_{ii}, ER_{ii} y
ES_{ii} son generados por las calibraciones de un puerto,
ETF y ETR pueden ser determinados según la ecuación
(35) a partir de las calibraciones regeneradas de un puerto a lo
largo del plano de corrección B_{5}-B_{5},
\rho, y la proporción TR_{ii}/TR_{jj}. Como
TR_{ii} y TR_{jj} son parámetros constantes, la
proporción entre ellos también lo es y, por tanto, puede ser
determinada según la ecuación (35) a partir de los términos de error
de la calibración original de dos puertos a lo largo del plano de
calibración A_{5}-A_{5}. El signo de la raíz
cuadrada de los términos se puede determinar según el método de
extrapolación antes descrito.
En otra realización, los cuatro términos de
error desconocidos (ELF, ETF, ELR y ETR) son generados
definiendo un adaptador de error del plano de corrección para cada
puerto del sistema de prueba. Cada adaptador de error del plano de
corrección se define por un grupo de parámetros-S
para dos puertos (S_{11}, S_{12}, S_{21}, S_{22}) y
representa el cambio a lo largo del plano de corrección entre la
calibración original y la regenerada de un puerto a lo largo del
plano de corrección. Si a los términos de error de las calibraciones
originales de un puerto a lo largo del plano de corrección
B_{5}-B_{5} se les denominan EDF_{1},
ERF_{1}, y ESF_{1} y a los términos de error de las
calibraciones regeneradas de un puerto a lo largo del plano de
corrección B_{5}-B_{5} se les denominan
EDF_{2}, ERF_{2}, y ESF_{2} entonces los
parámetros-S del adaptador de error pueden ser
definidos por las ecuaciones (9), (11) y (12).
Al sustituir \rho en la ecuación (28) por su
representación equivalente del término de error, se obtiene la
siguiente ecuación para ELij donde ER_{xy}, EL_{xy},
ES_{xy} y ED_{xy} son los términos de error de la
calibración de dos puertos a lo largo del plano de corrección
B_{5}-B_{5}, ER^{0}_{xy},
EL^{0}_{xy,} ES^{0}_{xy}, y ED^{0}_{xy}
son los términos de error de la calibración inicial de dos puertos a
lo largo del plano de calibración A_{5}-A_{5}, y
s^{j}_{xy} son los parámetros-S del
adaptador de error del plano de corrección para el puerto
i-ésimo.
Sustituyendo \rho y TR_{11}/TR_{22}
en la ecuación (34) por sus representaciones equivalentes de
términos de error, se obtiene la ecuación siguiente para
ET_{ji}.
Como lo siguiente es cierto,
la ecuación (37) se puede
re-escribir obteniéndose la ecuación
(38).
A partir de las ecuaciones (36) y (38) los
términos ELF, ELR, ETF y ETR de la calibración de dos
puertos a lo largo del plano de corrección
B_{5}-B_{5} pueden ser generados a partir de los
términos ELF, ELR, ETF y ETR de la calibración inicial
de dos puertos a lo largo del plano de calibración
A_{5}-A_{5} utilizando los adaptadores que
representan los cambios en los términos de error para un puerto de
las calibraciones original y regenerada de un puerto a lo largo del
plano de corrección B_{5}-B_{5}.
Una vez que la calibración de dos puertos a lo
largo del plano de corrección B_{5}-B_{5} ha
sido generada, se continúa con la cuarta etapa de seguimiento del
método donde se genera una calibración corregida de dos puertos a lo
largo del plano de calibración A_{5}-A_{5}. La
calibración corregida de dos puertos a lo largo del plano de
calibración A_{5}-A_{5} se genera a partir de la
calibración de dos puertos a lo largo del plano de corrección
B_{5}-B_{5} y los adaptadores de error.
En una realización, la calibración corregida a
lo largo del plano de calibración A_{5}-A_{5} se
genera añadiendo los adaptadores de error a la calibración de dos
puertos a lo largo del plano de corrección
B_{5}-B_{5}. Específicamente, los términos
EDF, ESF y ERF de la calibración corregida a lo largo
del plano de calibración A_{5}-A_{5} son
determinados a partir de las ecuaciones (6), (7) y (8) donde
EDF_{1}, ESF_{1} y ERF_{1} son los términos
EDF, ESF y ERF de la calibración de dos puertos a lo
largo del plano de corrección B_{5}-B_{5}, y
S_{11}, S_{12}, S_{21} y S_{22} son los
parámetros-S del primer adaptador de error. Los
términos EDR, ESR y ERR también se determinan a partir
de las ecuaciones (6), (7) y (8) respectivamente donde EDF_{1},
ESF_{1} y ERF_{1} son los términos EDR, ESR y
ERR de la calibración de dos puertos a lo largo del plano de
corrección B_{5}-B_{5}, y S_{11}, S_{12},
S_{21} y S_{22} son los parámetros-S
del segundo adaptador de error. Además, los términos ELF, ETF,
ELR y ETR de la calibración corregida a lo largo del
plano de calibración A_{5}-A_{5} son
determinados a partir de las ecuaciones (39), (40), (41) y (42)
respectivamente.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
donde ELR_{1}, ETF_{1},
ELR_{1} y ETR_{1} son los términos ELR, ETR,
ELR y ETR de la calibración de dos puertos a lo largo del
plano de corrección B_{5}-B_{5},
S_{xy(A1)} y S_{xy(A2)} son, de manera respectiva,
los parámetros-S del primer y segundo adaptadores.
Las ecuaciones (39), (40), (41) y (41) se deducen inmediatamente de
las ecuaciones generales (36) y
(38).
\vskip1.000000\baselineskip
Allí donde se requieran los puertos de guía de
ondas en la fase de los términos ETF y ETR, las fases
de dichos términos de la calibración corregida a lo largo del plano
de calibración A_{5}-A_{5} y de la inicial de
dos puertos a lo largo del mismo plano se pueden alinear.
Después de que los cambios hayan sido seguidos,
en el paso (610) se corrigen los parámetros-S
medidos. En una realización, la corrección de los
parámetros-S medidos incluye el uso de los términos
de error de la calibración corregida de dos puertos a lo largo del
plano de calibración A_{5}-A_{5} para generar
los parámetros-S reales a partir de las ecuaciones
(18), (19), (20) y (21).
Haciendo referencia ahora a la figura 8, se
ilustra un sistema (800) para la corrección dinámica de las
mediciones del parámetro-S de un DUT
multi-puerto (808) de acuerdo con una realización.
El sistema (800) incluye un dispositivo de medición del
parámetro-S (802), cuatro módulos de seguimiento
(804, 820, 822 y 824), un controlador del módulo de seguimiento
(806), un DUT multi-puerto (808), un ordenador
programable (810) y una matriz de conmutación (830).
El dispositivo de medición del
parámetro-S (802), los módulos de seguimiento (804,
820, 822 y 824), el controlador del módulo de seguimiento (806) y el
ordenador programable (810) son operables como se ha descrito en
relación con la figura 1.
En la realización mostrada en la figura 8, el
DUT multi-puerto (808) tiene cuatro puertos (816,
818, 860 y 862) y el dispositivo de medición del
parámetro-S tiene dos puertos de medición (812 y
814). Como el dispositivo de medición del
parámetro-S (802) sólo tiene dos puertos de medición
(812 y 814) y el DUT multi-puerto (808) tiene más de
dos puertos, se inserta una matriz de conmutación (830) entre ambos.
El dispositivo de medición del parámetro-S (802)
mide los parámetros-S del DUT
multi-puerto (808) gracias a que la matriz de
conmutación (830) se configura para que acople los dos puertos de
medición (812 y 814) de dicho dispositivo (802) a dos puertos (por
ejemplo, 816 y 818) del DUT multi-puerto (808).
En esta realización, la matriz de conmutación
(830) incluye dos conmutadores 1x2 (832 y 834) y dos conmutadores de
transferencia (836 y 838). Esto permite que el dispositivo de
medición del parámetro-S (802) para dos puertos mida
los cuatro puertos del DUT (808). No obstante, la configuración de
la matriz de conmutación (830) puede ser modificada para expandir el
número de puertos que pueden ser medidos por el dispositivo de
medición del parámetro-S (802). Por ejemplo, la
matriz de conmutación (830) puede incluir además cuatro conmutadores
1x6, estando dos de ellos conectados al primer conmutador de
transferencia (836) y los otros dos al segundo (838). Sin embargo,
hay que señalar que para cada puerto del DUT que va a ser medido por
el dispositivo de medición del parámetro-S (802)
debe haber un módulo de seguimiento situado entre el puerto del DUT
y la matriz de conmutación (830) y cada módulo de seguimiento debe
estar conectado a y controlado por el controlador del módulo de
seguimiento (806).
El método (600) en el que se describía un
procedimiento para corregir dinámicamente las mediciones del
parámetro-S de un DUT con dos puertos utilizando el
sistema (500) de la figura 5 se puede aplicar también al sistema
(800), o variaciones de dicho sistema (800) como se ha descrito
previamente, para corregir de manera dinámica las mediciones del
parámetro-S de un DUT multi-puerto.
Para esclarecer cómo el método (600) se puede utilizar para corregir
las mediciones del parámetro-S de un DUT
multi-puerto, se describirá brevemente dicho sistema
(600) aplicado al (800).
La primera parte del método es acoplar el primer
puerto (208) de cada uno de los módulos de seguimiento (804, 820,
822 y 824) a un puerto de la matriz de conmutación (830). El
dispositivo de medición del parámetro-S (802), la
matriz de conmutación (830) y los módulos de seguimiento (804, 820,
822 y 824) forman juntos un sistema de prueba del
parámetro-S para múltiples puertos.
La segunda parte del método es determinar una
calibración inicial para el sistema de prueba del
parámetro-S para múltiples puertos. En una
realización, la determinación de la calibración inicial incluye
cuatro etapas. En la primera etapa, el dispositivo de medición del
parámetro-S mide los parámetros-S
para los tres estándares eléctricos (202, 204 y 206) de cada módulo
de seguimiento (804, 820, 822 y 824). Estos
parámetros-S serán referidos como los
parámetros-S de calibración. En la segunda etapa se
genera una calibración completa de dos puertos a lo largo del plano
de calibración. La generación de una calibración completa de dos
puertos a lo largo del plano de calibración implica la generación de
12 términos de error para dos puertos por cada combinación de dos
puertos de interés del DUT multi-puerto (808). Una
combinación de dos puertos de interés se puede describir como
aquélla en la que un puerto de interés es el que va a ser
medido/caracterizado. Por ejemplo, un DUT
multi-puerto (808) puede tener 10 puertos, pero sólo
5 de ellos necesitan ser medidos/caracterizados. El plano de
calibración A_{8}-A_{8} mostrado en la figura 8,
está entre los módulos de seguimiento (804, 820, 822 y 824) y el DUT
multi-puerto (808). La calibración completa de dos
puertos a lo largo del plano de calibración
A_{8}-A_{8} puede ser generada según cualquier
método de calibración de dos puertos conocido.
En la tercera etapa, se generan las
calibraciones de un puerto a lo largo del plano
B_{8}-B_{8} para cada puerto de interés del DUT
multi-puerto (808). El plano
B_{8}-B_{8} es referido como el plano de
corrección y, como se muestra en la figura 8, está entre los módulos
de seguimiento (804, 820, 822 y 824) y la matriz de conmutación
(830). En una realización, las calibraciones de un puerto a lo largo
del plano de corrección B_{8}-B_{8} se generan a
partir de los parámetros-S de fabricación y de los
de calibración utilizando las ecuaciones (2), (3) y (4).
En la cuarta etapa, se generan los adaptadores
de error para cada puerto de interés del DUT
multi-puerto (808). Los adaptadores de error son
generados diferenciando las calibraciones de un puerto a lo largo
del plano de corrección B_{8}-B_{8} y la
calibración inicial completa de dos puertos a lo largo del plano de
calibración A_{8}-A_{8}. Específicamente, los
parámetros-S de cada adaptador de error se
determinan a partir de las ecuaciones (9), (11), y (12). Los
parámetros EDF_{1}, ESF_{1} y ERF_{1} son los
términos de error para un puerto generados a partir de los
parámetros-S del módulo de seguimiento asociado a
ese puerto (es decir, 804, 820, 822, 824). Los parámetros
EDF_{2}, ESF_{2} y ERF_{2} son los términos
EDF, ESF y ERF o EDR, ESR, y ERR de la
calibración inicial completa de dos puertos a lo largo del plano de
calibración A_{8}-A_{8} dependiendo de si el
puerto del DUT fue elegido como el primer o segundo puerto del par
durante la calibración. Cuando el puerto del DUT sea el primer
puerto del par se utilizarán EDF, ESF y ERF. A la
inversa, cuando el puerto del DUT sea el segundo puerto del par se
utilizarán EDR, ESR y ERR.
La tercera parte del método es acoplar cada
puerto de interés del DUT multi-puerto (808) al
segundo puerto (210) de un módulo de seguimiento (804, 820, 822 y
824) y medir los parámetros-S de dicho DUT
multi-puerto (808).
La cuarta parte del método es seguir los cambios
producidos en la calibración. En una realización, el seguimiento
incluye cuatro etapas. En la primera etapa, el dispositivo de
medición del parámetro-S (802) mide los
parámetros-S para los tres estándares eléctricos
(202, 204 y 206) de cada módulo de seguimiento (804, 820, 822 y
824). Estos parámetros-S serán referidos como los
parámetros-S de medición. En la segunda etapa se
generan las calibraciones de un puerto a lo largo del plano de
corrección B_{8}-B_{8} para cada puerto de
interés del DUT multi-puerto (808). Estas
calibraciones de un puerto son generadas a partir de los
parámetros-S de fabricación y de los de medición
utilizando las ecuaciones (2), (3) y (4). En la tercera etapa, se
genera una calibración completa de dos puertos a lo largo del plano
de corrección B_{8}-B_{8}. La calibración
completa de dos puertos a lo largo del plano de corrección
B_{8}-B_{8} se genera a partir de las
calibraciones de un puerto a lo largo del plano de corrección
B_{8}-B_{8} generadas en la segunda etapa, y la
calibración inicial completa de dos puertos a lo largo del plano de
calibración A_{8}-A_{8}. La calibración completa
de dos puertos a lo largo del plano de corrección
B_{8}-B_{8} puede ser generada de acuerdo con
cada una de las realizaciones descritas en relación con el método
(600). En la cuarta etapa se determina una calibración corregida
completa de dos puertos a lo largo del plano de calibración
A_{8}-A_{8} a partir de la calibración completa
de dos puertos a lo largo del plano de corrección
B_{8}-B_{8} y los adaptadores de error.
La quinta parte del método es corregir las
mediciones del parámetro-S hechas en la tercera
parte utilizando la calibración corregida completa de dos puertos a
lo largo del plano de calibración
A_{8}-A_{8}.
\newpage
Cuando el DUT multi-puerto (808)
tenga N puertos y el dispositivo de medición del
parámetro-S (802) tenga M puertos y M sea menor que
N, puede aparecer una complicación adicional porque durante
cualquier medición del parámetro-S sólo M puertos
del DUT están conectados al dispositivo de medición del
parámetro-S (802), y los puertos N-M
restantes son terminados por la matriz de conmutación (830). Las
impedancias terminadas presentadas por la matriz de conmutación
(830) pueden desviarse considerablemente de sus valores ideales,
debido tanto a inexactitudes en las terminaciones de la matriz de
conmutación (830) como a efectos de los cables y accesorios. Si esto
no se tiene en cuenta pueden producirse errores significativos en
los parámetros-S corregidos.
En algunas realizaciones el método (600) incluye
etapas adicionales que explican la terminación de las desviaciones
de las impedancias. Específicamente, la calibración inicial incluye
además la etapa de captura de la concordancia de carga de los
puertos del DUT. En una realización, los puertos del DUT se
emparejarían de tal modo que cada puerto es un miembro de al menos
una pareja. En cada pareja, un puerto sería a la vez terminado y su
impedancia sería entonces medida a partir del otro puerto.
En esta realización, el método (600) incluye
también una sexta parte referida como la de corrección de la
impedancia. En dicha parte, los módulos de seguimiento se utilizan
para corregir las mediciones iniciales de la impedancia. Una vez que
se han determinado las impedancias reales se aplica uno de los
procedimientos bien establecidos para corregir los efectos de las
terminaciones no ideales a los parámetros-S
corregidos.
Específicamente, se determina un coeficiente de
reflexión corregido, \Gamma_{I,} para el puerto i-ésimo a partir
de la ecuación (36) donde \Gamma^{0}_{I} es el coeficiente de
reflexión inicial y S^{i}_{11}, S^{i}_{12},
S^{i}_{21}, y S^{i}_{22}, son los
parámetros-S del adaptador de error para el puerto
i-ésimo.
Cabe mencionar que esto no corrige las
desviaciones producidas por la repetición del conmutador dentro de
la matriz de conmutación, ya que, cuando está terminado, el puerto
está necesariamente en un estado diferente al utilizado para
determinar los adaptadores de error. No obstante, las variaciones en
los cables y accesorios son adecuadamente corregidas.
Una vez que se han generado los coeficientes de
reflexión corregidos se aplica un procedimiento bien conocido para
corregir los efectos de las terminaciones no ideales a los
parámetros-S corregidos. En una realización se
aplica la corrección de N puertos a los parámetros-S
corregidos. Este procedimiento de corrección de N puertos emplea dos
tipos de representación de la matriz-S: la primera
es una matriz-S normalizada a las impedancias del
puerto ideal, y la segunda es una matriz-S
normalizada a las impedancias de la carga real que son presentadas
al DUT por el sistema de prueba. Estas representaciones son
equivalentes, y una se puede obtener a partir de la otra utilizando
una transformación matemática.
La corrección de N puertos se puede dividir en
cuatro etapas. En la primera etapa se realizan suficientes
mediciones del parámetro-S para proporcionar todos
los elementos N^{2} de una matriz-S con N puertos.
Por ejemplo, una medición de dos puertos hecha entre los puertos 3 y
5 del DUT proporciona los elementos S_{33}, S_{35},
S_{53}, y S_{55} de la matriz completa de N puertos.
En la segunda etapa, todas las matrices con
M-puertos determinadas en la primera etapa son
convertidas de sus normalizaciones ideales a sus normalizaciones de
impedancia de carga. En la tercera etapa, los
parámetros-S de las matrices con
M-puertos convertidas se insertan en sus posiciones
apropiadas en la matriz-S con N puertos que está
normalizada a las impedancias de carga real. En la cuarta etapa la
matriz-S con N puertos es convertida a una
matriz-S con N puertos equivalente normalizada a las
impedancias reales.
En una realización, el DUT (508) del sistema
(500) es un dispositivo de conversión de frecuencia. Un convertidor
de frecuencia como, por ejemplo, un mezclador, convierte la
frecuencia de las señales. Estos convertidores de frecuencia
presentan retos únicos al sistema de medición y calibración del
parámetro-S. Específicamente, cuando el dispositivo
de medición del parámetro-S hace una medición, ésta
es tomada a la misma frecuencia que la de la señal de prueba. Puesto
que la frecuencia de salida de un convertidor de frecuencia es
diferente a la de entrada, las mediciones ordinarias no se pueden
utilizar. Por consiguiente, el método de medición y corrección de
los parámetros-S se debe ajustar a los DUTs
convertidores de frecuencia.
En una realización, el método de medición y
corrección de los parámetros-S de un DUT convertidor
de frecuencia con dos puertos (508) utilizando el sistema (500)
consta de cuatro partes. En la primera parte, los primeros puertos
(208) de los módulos de seguimiento (520 y 504) se acoplan al primer
y segundo puertos (512 y 514) del dispositivo de medición del
parámetro-S (502) el cual forma junto con los
módulos de seguimiento (504 y 520) un sistema de prueba del
parámetro-S para dos puertos.
En la segunda parte, se determina una
calibración inicial para el sistema de prueba del
parámetro-S para dos puertos. La determinación de la
calibración inicial se puede dividir en cuatro etapas. En la primera
etapa de la calibración, el dispositivo de medición del
parámetro-S (502) mide los
parámetros-S para los tres estándares eléctricos
(202, 204, 206) de los módulos de seguimiento (504 y 520). Estos
parámetros-S serán referidos como los
parámetros-S de calibración de los módulos de
seguimiento (504 y 520).
En la segunda etapa de la calibración inicial,
se genera una calibración de dos puertos a lo largo del plano de
calibración A_{5}-A_{5}. Sin embargo, una
calibración de dos puertos para un DUT convertidor de frecuencia no
se puede generar de la misma forma que para un dispositivo lineal.
No obstante, existen varios métodos conocidos, como la calibración
de mezclador vectorial (VMC), que generan una calibración de dos
puertos para un DUT convertidor de frecuencia. En la patente
norteamericana nº 6.995.571 (Liu et al.,) se describe en
detalle un método VMC.
En la tercera etapa de la calibración inicial,
se generan las calibraciones de un puerto a lo largo del plano de
corrección B_{5}-B_{5} para cada puerto del DUT
(508). En una realización, las calibraciones de un puerto a lo largo
del plano de corrección B_{5}-B_{5} son
generadas a partir de los parámetros-S de
fabricación y de los de calibración. Específicamente, los tres
términos de error para un puerto son determinados a partir de las
ecuaciones (2), (3) y (4) utilizando los
parámetros-S de fabricación como los coeficientes de
reflexión conocidos y los de calibración como los coeficientes de
reflexión medidos.
En la cuarta etapa de la calibración inicial, se
calculan los adaptadores de error para cada puerto del DUT (508).
Cada adaptador representa la distancia eléctrica entre el plano de
calibración A_{5}-A_{5} y el de corrección
B_{5}-B_{5}. En una realización los adaptadores
de error se calculan diferenciando las calibraciones de un puerto a
lo largo del plano de corrección B_{5}-B_{5} a
partir de la calibración de dos puertos a lo largo del plano de
calibración A_{5}-A_{5} . Específicamente, los
parámetros-S de los adaptadores de error son
generados a partir de las ecuaciones (9), (11) y (12) tal y como se
ha descrito en relación con el método (600).
Una vez completada la calibración inicial, sigue
la tercera parte del método. En esta parte, cada puerto (516 y 518)
del DUT se acopla al segundo puerto (210) de un módulo de
seguimiento (504 y 520) y se miden los parámetros-S
del DUT (508).
En la cuarta parte, los módulos de seguimiento
(504 y 520) siguen los cambios producidos en la calibración inicial.
El seguimiento de la calibración inicial se puede dividir en cinco
etapas. En la primera etapa, el dispositivo de medición del
parámetro-S (502) mide los
parámetros-S de los tres estándares eléctricos (202,
204 y 206) de los módulos de seguimiento (504 y 520). Estos
parámetros serán referidos como los parámetros-S de
medición de los módulos de seguimiento (504 y 520).
En la segunda etapa de seguimiento, se vuelven a
generar las calibraciones de un puerto a lo largo del plano de
corrección B_{5}-B_{5} para cada puerto del DUT
(508) a partir de los parámetros-S de fabricación y
de los de medición de los módulos de seguimiento (504 y 520).
Específicamente, los tres términos de error para un puerto son
determinados a partir de las ecuaciones (2), (3) y (4) utilizando
los parámetros-S de fabricación como los
coeficientes de reflexión conocidos y los
parámetros-S de medición como los coeficientes de
reflexión medidos.
En la tercera etapa de seguimiento, las
calibraciones de un puerto a lo largo del plano de calibración
A_{5}-A_{5} son generadas a partir de las
calibraciones de un puerto a lo largo del plano de corrección
B_{5}-B_{5} de la etapa previa y los adaptadores
de error de la calibración inicial. En una realización, se generan
las calibraciones de un puerto a lo largo del plano de calibración
A_{5}-A_{5} añadiendo los adaptadores de error a
las calibraciones de un puerto a lo largo del plano de corrección
B_{5}-B_{5}.
En la cuarta etapa de seguimiento, se generan
los términos de error ELF y ETF a lo largo del plano
de calibración A_{5}-A_{5}. Para generar los
términos de error ELF y ETF, la calibración inicial de
dos puertos a lo largo del plano de calibración
A_{5}-A_{5} es diferenciada a partir de las
calibraciones regeneradas de un puerto a lo largo del plano de
calibración A_{5}-A_{5} para producir
parámetros-S diferenciados para cada puerto. Estos
parámetros-S diferenciados son entonces extraídos de
la calibración original de dos puertos a lo largo del plano de
calibración A_{5}-A_{5} para producir una nueva
calibración de dos puertos. Por tanto, dichos términos ELF y
ETF así generados son designados como los términos de error
ELF y ETF a lo largo del plano de calibración
A_{5}-A_{5}.
En la quinta etapa de seguimiento, se genera una
calibración corregida de dos puertos a lo largo del plano de
calibración A_{5}-A_{5}. En una realización, la
calibración corregida de dos puertos a lo largo del plano de
calibración A_{5}-A_{5} se genera a partir de la
síntesis de las calibraciones de un puerto a lo largo del plano de
calibración generadas en la tercera etapa de seguimiento, los
términos de error ELF y ETF a lo largo del plano de
calibración A_{5}-A_{5} generados en la cuarta
etapa de seguimiento, y la fijación de los términos de error
ELR y ETR a 0 y 1, respectivamente. Como sucedía en el
método (500), los términos de aislamiento (EXF y EXR)
son ignorados.
En una realización, el sistema puede
adicionalmente evaluar cuánto ha cambiado el sistema de prueba desde
la calibración inicial. En una realización, esto se lleva a cabo
relacionando el rendimiento del sistema de prueba con su
direccionalidad la cual se define como la capacidad de discriminar
la señal reflejada de la inyectada.
Por consiguiente, la calidad del sistema de
prueba puede ser computarizada y seguida determinando la diferencia
entre los términos (EDF o EDR) de las calibraciones de
un puerto a lo largo del plano de calibración
B_{5}-B_{5} medidas en decibelios (dB) y los
términos (EDF o EDR) de la calibración inicial de dos
puertos a lo largo del plano de calibración
A_{5}-A_{5} también medida en dB. La diferencia
entre los términos EDF o EDR se puede computarizar
cada vez que se generan las calibraciones de un puerto a lo largo
del plano de corrección B_{5}-B_{5} y los
cambios en la diferencia reflejarán los cambios en el sistema de
prueba. Un cambio brusco en la diferencia sin un cambio de cable
indica que el proceso de calibración se ha corrompido.
Aunque la descripción anterior proporciona
ejemplos de las realizaciones, se apreciará que algunas
particularidades y/o funciones de las realizaciones descritas son
susceptibles de modificación sin apartarse de los principios de
operación de las realizaciones descritas. Por consiguiente, todo lo
previamente descrito ha sido pensado para ser ilustrativo y no
limitante de la invención y aquellos expertos en la técnica
comprenderán que se pueden realizar otras variantes y modificaciones
sin apartarse del alcance de la invención como se define en las
reivindicaciones que se adjuntan al presente documento.
Claims (25)
1. Un método de corrección de las mediciones del
parámetro-S para un dispositivo bajo prueba (DUT)
que tiene parámetros-S y al menos un puerto del DUT,
que utiliza un dispositivo de medición del
parámetro-S incluyendo por lo menos un puerto de
medición, y que comprende el acoplamiento de un módulo de
seguimiento que incluye un primer y un segundo puertos, por su
primer puerto al puerto de medición para formar un sistema de prueba
del parámetro-S, en donde el módulo de seguimiento
incluye además un conmutador conectado al primer puerto y, en una
posición directa, conectando el primer puerto al segundo, y una
pluralidad de estándares eléctricos caracterizados por un
primer grupo de parámetros-S; la determinación de
una calibración inicial para el sistema de prueba del
parámetro-S; el acoplamiento del puerto del DUT al
segundo puerto y la medición de los parámetros-S del
dispositivo bajo prueba (DUT); el seguimiento de los cambios
producidos en la calibración inicial durante la medición del
dispositivo bajo prueba utilizando la pluralidad de estándares
eléctricos y el conmutador; y la corrección de los
parámetros-S medidos utilizando los cambios
seguidos.
2. El método de la reivindicación 1, en donde la
determinación de la calibración inicial incluye la determinación de
un segundo grupo de parámetros-S para la pluralidad
de estándares eléctricos; la determinación de una calibración de un
puerto a lo largo de un plano de calibración en donde dicho plano
está entre el módulo de seguimiento y el dispositivo bajo prueba
(DUT); la determinación de una primera calibración de un puerto a lo
largo de un plano de corrección en base al primer y segundo grupos
de parámetros-S en donde dicho plano de corrección
está entre el módulo de seguimiento y el dispositivo de medición del
parámetro-S; y el cálculo de un adaptador de error
en base a la calibración de un puerto a lo largo del plano de
calibración y la primera calibración de un puerto a lo largo del
plano de corrección.
3. El método de la reivindicación 2, en donde el
seguimiento de los cambios producidos en la calibración inicial
incluye la determinación de un tercer grupo de
parámetros-S para la pluralidad de estándares
eléctricos; la determinación de una segunda calibración de un puerto
a lo largo del plano de corrección en base al primer y tercer grupos
de parámetros-S; y la generación de una calibración
corregida de un puerto a lo largo del plano de calibración en base a
la segunda calibración de un puerto a lo largo del plano de
corrección y el adaptador de error.
4. El método de la reivindicación 3, en donde la
corrección de los parámetros-S medidos comprende la
aplicación de la calibración corregida de un puerto a lo largo del
plano de calibración a dichos parámetros-S
medidos.
5. El método de la reivindicación 1, que además
comprende el acoplamiento de una pluralidad de módulos de
seguimiento a una pluralidad de puertos del dispositivo de medición
del parámetro-S para formar un sistema de prueba del
parámetro-S, incluyendo cada módulo de seguimiento
un grupo de estándares eléctricos caracterizados por un
primer grupo de parámetros-S; el seguimiento de los
cambios producidos en la calibración inicial durante la medición del
dispositivo bajo prueba utilizando los estándares eléctricos de la
pluralidad de módulos de seguimiento; y la corrección de los
parámetros-S medidos utilizando los cambios
seguidos.
6. El método de la reivindicación 5, en donde la
determinación de la calibración inicial comprende la determinación
de un segundo grupo de parámetros-S para cada grupo
de estándares eléctricos; la generación de una calibración inicial
completa de dos puertos a lo largo de un plano de calibración en
donde dicho plano está entre la pluralidad de módulos de seguimiento
y el dispositivo bajo prueba (DUT) en donde la calibración completa
de dos puertos comprende las calibraciones de dos puertos para al
menos un par de puertos seleccionados de la pluralidad de los
mismos; la generación de una primera calibración de un puerto a lo
largo de un plano de corrección para cada puerto del DUT del
dispositivo bajo prueba (DUT) en base al primer y segundo grupos de
parámetros-S en donde dicho plano de corrección está
entre la pluralidad de módulos de seguimiento y el dispositivo de
medición del parámetro-S; y el cálculo de un
adaptador de error para cada puerto del DUT del dispositivo bajo
prueba (DUT) en base a la calibración inicial completa de dos
puertos a lo largo del plano de calibración y las primeras
calibraciones de un puerto a lo largo del plano de corrección.
7. El método de la reivindicación 6, en donde el
seguimiento de los cambios producidos en la calibración inicial
comprende la determinación de un tercer grupo de
parámetros-S para cada grupo de estándares
eléctricos; la generación de una segunda calibración de un puerto a
lo largo del plano de corrección para cada puerto del DUT del
dispositivo bajo prueba (DUT) en base al primer y tercer grupos de
parámetros-S; la determinación de una calibración
completa de dos puertos a lo largo del plano de corrección en base a
las segundas calibraciones de un puerto a lo largo del plano de
corrección y la calibración inicial completa de dos puertos a lo
largo del plano de calibración; y la generación de una calibración
corregida completa de dos puertos a lo largo del plano de
calibración en base a la calibración completa de dos puertos a lo
largo del plano de corrección y los adaptadores de error.
8. El método de la reivindicación 7, en donde la
calibración corregida completa de dos puertos a lo largo del plano
de calibración y la calibración inicial completa de dos puertos a lo
largo del plano de calibración incluyen términos de error ETF
y ETR con fases asociadas, y la generación de una calibración
corregida completa de dos puertos a lo largo del plano de
calibración incluye el alineamiento de las fases de los términos
ETF y ETR de la calibración corregida completa de dos
puertos a lo largo del plano de calibración con las fases de los
términos ETF y ETR de la calibración inicial completa
de dos puertos a lo largo del plano de calibración.
9. El método de la reivindicación 7, en donde la
calibración completa de dos puertos a lo largo del plano de
corrección incluye los términos de error ELF, ELR, ETF, y
ETR, y la determinación de la calibración completa de dos
puertos a lo largo del plano de corrección comprende la
determinación de ELF, ELR, ETF y ETR en base a una
pluralidad de parámetros específicos del dispositivo de medición del
parámetro-S y las segundas calibraciones de un
puerto a lo largo del plano de corrección.
10. El método de la reivindicación 9, en donde
la pluralidad de parámetros específicos del dispositivo de medición
del parámetro-S son generados a partir de la
calibración inicial completa de dos puertos a lo largo del plano de
calibración.
11. El método de la reivindicación 10, en donde
la pluralidad de parámetros específicos del dispositivo de medición
del parámetro-S incluye:
12. El método de la reivindicación 11, en donde
los términos ELF y ELR son generados a partir de la
fórmula siguiente:
13. El método de la reivindicación 11, en donde
los términos de error ETF y ETR son generados a partir
de la fórmula siguiente:
14. El método de la reivindicación 7, en donde
la calibración completa de dos puertos a lo largo del plano de
corrección incluye los términos de error ELF, ELR, ETF, y
ETR, y la determinación de la calibración completa de dos
puertos a lo largo del plano de corrección comprende la
determinación de ELF, ELR, ETF y ETR en base a una
pluralidad de adaptadores de error del plano de corrección en donde
cada uno de ellos representa la diferencia entre una primera y una
segunda calibraciones de un puerto a lo largo del plano de
corrección.
15. El método de la reivindicación 14, en donde
los términos de error ELF y ELR de la calibración
completa de dos puertos a lo largo del plano de corrección son
generados de acuerdo con la fórmula siguiente:
16. El método de la reivindicación 14, en donde
los términos de error ETF y ETR de la calibración
completa de dos puertos a lo largo del plano de corrección son
generados de acuerdo con la fórmula siguiente:
17. El método de la reivindicación 7, en donde
la corrección de los parámetros-S medidos comprende
la aplicación de la calibración corregida completa de dos puertos a
lo largo del plano de calibración a dichos
parámetros-S medidos.
18. El método de la reivindicación 17, en donde
la determinación de la calibración inicial comprende además la
captura de una primera concordancia de carga para cada puerto del
sistema de prueba del parámetro-S, y el método
comprende además la determinación de una segunda concordancia de
carga para cada puerto del sistema de prueba del
parámetro-S en base a las segundas calibraciones de
un puerto a lo largo del plano de corrección y los adaptadotes de
error, y el ajuste de los parámetros-S corregidos en
base a las segundas concordancias de carga.
19. El método de la reivindicación 18, en donde
el ajuste de los parámetros-S corregidos comprende
la aplicación de la corrección de N puertos a dichos
parámetros-S corregidos.
20. El método de la reivindicación 6, en donde
el dispositivo bajo prueba es un convertidor de frecuencia y el
seguimiento de los cambios producidos en la calibración inicial
comprende la determinación de un tercer grupo de
parámetros-S para cada grupo de estándares
eléctricos; la generación de una segunda calibración de un puerto a
lo largo del plano de corrección para cada puerto del DUT del
dispositivo bajo prueba (DUT) en base al primer y tercer grupos de
parámetros-S; la generación de una calibración de un
puerto a lo largo del plano de calibración para cada DUT del
dispositivo bajo prueba (DUT) en base a las segundas calibraciones
de un puerto a lo largo del plano de corrección y los adaptadores de
error; la generación de los términos de error ELF y
ETF a lo largo del plano de calibración en base a la
calibración inicial completa de dos puertos a lo largo del plano de
calibración y las calibraciones de un puerto a lo largo del plano de
calibración; y la generación de una calibración corregida completa
de dos puertos a lo largo del plano de calibración en base a las
calibraciones de un puerto a lo largo del plano de calibración y los
términos de error ELF y ETF a lo largo del plano de
calibración.
21. El método de la reivindicación 20, en donde
la generación de los términos de error ELF y ETF a lo
largo del plano de calibración comprende la generación de
parámetros-S diferenciados para cada puerto del DUT
del dispositivo bajo prueba (DUT) diferenciando la calibración
inicial completa de dos puertos a lo largo del plano de calibración
y las calibraciones de un puerto a lo largo del plano de
calibración; y la extracción de los parámetros-S
diferenciados de la calibración inicial completa de dos puertos a lo
largo del plano de calibración.
22. El método de la reivindicación 20, en donde
la generación de la calibración corregida completa de dos puertos a
lo largo del plano de calibración incluye la fijación del término
ELR a cero y del término ETR a uno.
23. Un sistema de prueba del
parámetro-S para corregir las mediciones del
parámetro-S de un dispositivo bajo prueba (DUT),
comprendiendo dicho sistema un dispositivo de medición del
parámetro-S que incluye al menos un puerto de
medición; un módulo de seguimiento que incluye un primer y un
segundo puertos, estando el primero acoplado al puerto de medición,
en donde dicho módulo de seguimiento incluye además una pluralidad
de estándares eléctricos y un conmutador conectado al primer puerto
y, en una posición directa, conectado el primer puerto al segundo;
un controlador del módulo de seguimiento para controlar el módulo de
seguimiento; un dispositivo bajo prueba que tiene
parámetros-S y al menos un puerto del DUT acoplado
de manera removible al segundo puerto; y un ordenador programable
que consta de programas para determinar una calibración inicial para
el sistema de prueba del parámetro-S; medir los
parámetros-S del dispositivo bajo prueba (DUT);
seguir los cambios producidos en la calibración inicial durante la
medición del dispositivo bajo prueba utilizando la pluralidad de
estándares eléctricos y el conmutador; y corregir los
parámetros-S medidos utilizando los cambios
seguidos.
24. El sistema de la reivindicación 23, que
además comprende una pluralidad de módulos de seguimiento acoplados
al dispositivo de medición del parámetro-S para
formar un sistema de prueba del parámetro-S en donde
cada módulo de seguimiento está asociado a una pluralidad de
estándares eléctricos; y en donde el controlador del módulo de
seguimiento controla la pluralidad de módulos de seguimiento; el
dispositivo bajo prueba está acoplado de manera removible a la
pluralidad de módulos de seguimiento; y el ordenador programable
consta de medios para seguir los cambios producidos en la
calibración inicial durante la medición del dispositivo bajo prueba
utilizando los estándares eléctricos de la pluralidad de módulos de
seguimiento; y corregir los parámetros-S medidos
utilizando los cambios seguidos.
25. El sistema de la reivindicación 23 que
además comprende una matriz de conmutación situada entre el
dispositivo de medición del parámetro-S y el
controlador del módulo de seguimiento.
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