DE102005027924A1

DE102005027924A1 - Netzwerkanalysator, der eine Verlustkompensation unter Verwendung von Torerweiterungen anwendet und Verfahren zur Operation

Info

Publication number: DE102005027924A1
Application number: DE102005027924A
Authority: DE
Inventors: Joel Sebastopol Dunsmore; Doug Santa Rosa Bender; David Santa Rosa Blackham
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2006-03-30
Also published as: US7054780B2; GB2418027A; GB0518519D0; US20060074582A1

Abstract

Bei einem Ausführungsbeispiel weist ein Verfahren zum Betreiben eines Netzwerkanalysators das Anlegen eines Stimulussignals an zumindest ein Tor des Netzwerkanalysators zur Lieferung zu einem Testobjekt (DUT) innerhalb einer Testvorrichtung, die mit dem Netzwerkanalysator gekoppelt ist; das Erzeugen von Messdaten von dem DUT, ansprechend auf das Stimulussignal, an zumindest einem Tor des Netzwerkanalysators und das Erzeugen einer Amplitudenantwort des DUT über einen Frequenzbereich auf, wobei ein Torerweiterungsmodul des Netzwerkanalysators automatisch eine Verlustkompensation an die Amplitudenantwort auf eine Weise anlegt, die nicht linear, bezogen auf die Frequenz, ist gemäß zumindest einem steuerbaren Parameter.

Description

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich allgemein auf das Kalibrieren von Netzwerkanalysatoren, um Messungen unter Verwendung von Testvorrichtungen auszuführen.

Netzwerkanalysatoren sind Vorrichtungen, die verwendet werden, um die Hochfrequenz-Charakteristika (HF-Charakteristika) von verschiedenen Testobjekten (DUTs; DUT = device under test) zu bestimmen. In vielen Situationen ist ein DUT eine relativ kleine Komponente, die entworfen ist, um mit einem Spurenkontaktpunkt auf einer gedruckten Schaltungsplatine (PCB; PCB = printed circuit board) schnittstellenmäßig verbunden zu werden. Viele Netzwerkanalysatoren verwenden üblicherweise eine Schnittstelle, die angepasst ist, um eine Koaxialkopplung zu empfangen. Um ein DUT zu testen, die entworfen ist, um auf einer PCB unter Verwendung eines solchen Netzwerkanalysators eingesetzt zu werden, wird häufig eine Testvorrichtung eingesetzt. Eine Testvorrichtung ist allgemein eine spezialisierte Vorrichtung, die angepasst ist, um ohne weiteres ein DUT aufzunehmen, und die das DUT elektrisch mit einem oder mehreren Toren eines Netzwerkanalysators koppelt.

Für viele DUTs (wie z. B. symmetrische Filter, Baluns, symmetrische Verstärker etc.) hängen die zugehörigen Verhaltensmessungen sowohl von der Stärke als auch der Phase der Signale ab, die an jedem Tor angelegt und empfangen werden. In dem Fall von symmetrischen Vorrichtungen ist es relativ wichtig, dass der Verlust jedes Tors identisch zwischen den symmetrischen Torpaaren ist. Die Verwendung von Netzwerkanalysatoren und Testvorrichtungen zum Ausführen solcher Messungen stellt jedoch Schwierigkeiten dar. Genauer gesagt ist es üblich, unterschiedliche Weglängen an unterschiedlichen Toren anzutreffen, die Testvorrichtungs- /Netzwerkanalysator-Konfigurationen verwenden. Die Variationen können aus PCB-Layout-Einschränkungen, Herstellungsprozess-Einschränkungen und/oder anderen Gründen resultieren. Die Variationen zwischen Toren können verursachen, dass der Verlust zwischen dem Tor variiert, wodurch die Genauigkeit der Messungen eines DUT unter Verwendung der Testvorrichtung reduziert wird. Der Amplitudenverlust bei der Testvorrichtung kann verursachen, dass ein ordnungsgemäß funktionierendes Teil bei Einfügungsverlusttests ausfällt. Der Amplitudenverlust kann ferner das Anpassen von gemessenen Ergebnissen an Modellvorhersagen schwierig machen.

Das Aufheben der Einbettung einer S-Parameterbeschreibung der Testvorrichtung wurde verwendet, um einen Verlust bei der Testvorrichtung zu adressieren. Bei bekannten Implementierungen erfordert das Aufheben der Einbettung, dass ein Netzwerkanalysator in einem Fehlerkorrekturmodus betrieben wird und umfasst mehrere Analysator-Wobbelungen, um Messdaten zu erzeugen, die korrigiert werden sollen. Die Messdaten werden dann auf einer Offline-Basis verarbeitet, durch Anwenden von einem oder mehreren Fehlerkorrekturarrays unter Verwendung von Matrixoperationen. Ferner sind bekannte Fehlerkorrekturarrays statisch in Fehlerkorrekturdateien definiert. Ferner umfassen die Fehlerkorrekturarrays eine Eins-zu-Eins-Beziehung zwischen Fehlerausdrücken und den Spektraldaten. Dementsprechend ist es häufig der Fall, dass die Anforderungen zum Aufheben einer Einbettung einer Testvorrichtung schwierig sind und häufig in normalen Herstellungsumgebungen nicht praktikabel sind.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben und Kalibrieren eines Netzwerkanalysators und einen Netzwerkanalysator mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, 13 und 25 und einen Netzwerkanalysator gemäß Anspruch 37 gelöst.

Einige darstellende Ausführungsbeispiele schaffen eine Torerweiterungsfunktionalität eines Netzwerkanalysators, um den Verlust zu kompensieren, der durch eine Testvorrichtung eingebracht wird. Die Torerweiterungsfunktionalität kann mehrere Parameter pro Tor umfassen, um die nicht-lineare Verlustantwort zu modellieren, die einem Netzwerkanalysator zugeordnet ist. Nachdem die verschiedenen Parameter eines gegebenen Tors kalibriert sind, schafft der Netzwerkanalysator automatisch eine Amplitudenkorrektur an Messdaten auf einer nicht-linearen frequenzabhängigen Basis.

Zusätzliche repräsentative Ausführungsbeispiele richten sich auf Systeme und Verfahren zum automatischen Kalibrieren eines Netzwerkanalysators, der eine Verlustkompensations-Torerweiterungsfunktionalität umfasst. Genauer gesagt werden S11-Messungen einer bekannten Reflexion durchgeführt, aus denen Phasen- und Amplituden-Referenzen erzeugt werden können. „S11-Messungen" beziehen sich auf Messungen, die durch einen Netzwerkanalysator unter Verwendung eines Streuungsparametermodells durchgeführt werden, wobei sich „S11" auf das Verhältnis eines reflektierten Signals zu einem einfallenden Signal an dem selben Tor bezieht. Die bekannte Reflexion kann aus einem Leerlauf (z. B. Weglassen des DUT aus der Testvorrichtung) und/oder einem Kurzschluss resultieren. Das Verarbeiten der Messdaten kann durchgeführt werden, um Fehler in der Amplitudenantwort zu berücksichtigen, die aus einer schlechten Quell-/PCB-Anpassung des Testaufbaus resultieren. Das Verarbeiten ermöglicht einen höheren Grad an Genauigkeit bei der Berechnung des Verlusts, der durch die verschiedenen Torverbindungen mit der Testvorrichtung präsentiert wird.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Flussdiagramm gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel;
2 eine Amplitudenantwort, eine Phasenantwort und eine Verzögerungsantwort einer Testvorrichtung, die den Leerlaufstandard gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel verwendet;
3 einen Graph aus Messdaten und einem Polynom, das in die Messdaten eingepasst ist, gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel;
4 ein Flussdiagramm zum automatischen Kalibrieren eines Netzwerkanalysators und Verwenden des kalibrierten Netzwerkanalysators, um Messungen eines DUT gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel auszuführen;
5 ein Blockdiagramm eines Netzwerkanalysators gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel; und
6 eine graphische Benutzerschnittstelle zum Steuern einer Verlustkompensation, die durch eine Torerweiterungsfunktionalität gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel angewendet wird.
Eine bekannte Torerweiterungsfunktionalität bezieht sich auf eine Verarbeitung, die durch einen Netzwerkanalysator durchgeführt wird, um die Verzögerung zu korrigieren, die aus der Erweiterung eines Tors des Netzwerkanalysators zu einem DUT z. B. unter Verwendung einer Testvorrichtung resultiert. Eine bekannte Torerweiterung wendet ein relativ einfaches lineares Modell einer Phasenantwort einer Testvorrichtung an, zum Korrigieren von Messdaten in Echtzeit während der Operation eines Netzwerkanalysators. Eine bekannte Torerweiterungsfunktionalität berücksichtigt einen Verlust nicht, der durch die Testvorrichtung eingebracht wird. Genauer gesagt ist die Amplitudenantwort einer Testvorrichtung wesentlich komplizierter als das lineare Modell, das für eine Phasenkompensation verwendet wird, und somit sind bekannte Torerweiterungen nicht in der Lage, bekannte Amplitudenkorrekturtechniken an Messdaten in Echtzeit anzuwenden.
Einige repräsentative Ausführungsbeispiele liefern eine Torerweiterungsfunktionalität bei einem Netzwerkanalysator, um die Amplitudenantwort einer Testvorrichtung zu korrigieren. Genauer gesagt verwenden einige repräsentative Ausführungsbeispiele eine Formel, die einen Verlust modelliert, der durch eine Testvorrichtung als eine Frequenzfunktion eingebracht wird. Nachdem Messdaten durch den Netzwerkanalysator erhalten wurden, wendet die Torerweiterungsfunktionalität wiederum einen Gewinn an einen S-Parameter an, in Proportion zu dem Verlust, der durch die Formel und die Parameter definiert wird, die der (den) jeweiligen Vorverbindung(en) zu der Testvorrichtung zugeordnet sind. Da eine geeignete Formel verwendet werden kann, um den Gewinn zu erzeugen, kann die Torerweiterungsfunktionalität die Verlustkompensation in Echtzeit anwenden. Genauer gesagt müssen numerisch intensive Fehlermatrizen nicht angewendet werden. Dementsprechend kann die Verlustkompensation gleichzeitig mit dem Auftreten von Analysator-Wobbelungen und der Anzeige von resultierenden Spektraldaten angewendet werden.
Die bestimmte Einpassformel ist vorzugsweise ausgewählt, um die erwartete Verlustfunktion der Übertragungsleitung darzustellen, die verwendet wird, um die Charakteristika der Testvorrichtung zu modellieren. Bei einem darstellenden Ausführungsbeispiel wird die nachfolgende Formel verwendet, um den Verlust zu modellieren, der einem Netzwerkanalysator-/Testvorrichtungs-Aufbau zugeordnet ist: Verlust (f) = a·f1/2 + b·f + c Gleichung (1)wobei f die Frequenz ist und a, b und c Konstanten sind. Der Parameter c ist der Verlust bei DC (Gleichstrom) und die Parameter a und b können durch geeignetes Verarbeiten von Messdaten bestimmt werden, die der Testvorrichtung zugeordnet sind. Für rein koaxiale Leitungen in Luft folgt diese Verlustfunktion fast ideal einer Quadratwurzel-Verlustkurve. Für Kabel mit Dielektrika ist die Verlustkurve steiler als eine Quadratwurzelfunktion und für Mikrostreifenleitungen kann die Verlust-über-Frequenz-Charakteristik annähernd eine lineare Funktion sein. Dementsprechend folgt die vorangehende Formel jedem der Übertragungsleitungsmodelle relativ dicht.
Bei einem anderen darstellenden Ausführungsbeispiel wird die nachfolgende Formel verwendet, um den Verlust zu modellieren, der einem Netzwerkanalysator-/Testvorrichtungs-Aufbau zugeordnet ist: Verlust (f) = a·fb + c Gleichung (2)wobei f die Frequenz ist und a, b und c Konstanten sind. Der Parameter c ist der DC-Verlust und die Parameter a und b können durch geeignetes Verarbeiten von Messdaten bestimmt werden, die der Testvorrichtung zugeordnet sind.
Bei einigen darstellenden Ausführungsbeispielen wird die Verlustkompensation direkt durch den Benutzer gesteuert. Zum Beispiel kann der Benutzer direkt Werte für die Parameter a, b und c unter Verwendung einer graphischen Benutzerschnittstelle (GUI; GUI = graphical user interface) eingeben. Alternativ kann der Benutzer den Verlust an einem oder mehreren Frequenzpunkten in die GUI 600 eingeben, wie in 6 gezeigt ist, über Steuerungselemente 601 und 602. Eine Software, die an dem Netzwerkanalysator betrieben wird, kann die Parameter a und b automatisch algebraisch berechnen, wie hierin nachfolgend erörtert wird. Ein Vorteil, einem Benutzer zu ermöglichen, die Verlustkompensation zu ändern, die durch eine Torerweiterungsfunktionalität angewendet wird, ist, dass der Benutzer die Wirkung der Änderungen betrachten kann, wenn Messdaten erhalten werden und durch den Netzwerkanalysator in Echtzeit angezeigt werden.
Bei anderen darstellenden Ausführungsbeispielen werden die Parameter der Formel, die zum Berechnen der Gewinnfaktoren verwendet wird, auf autonome Weise durch den Netzwerkanalysator bestimmt. Genauer gesagt wird fortlaufend ein Stimulussignal zu mehreren Toren eines Netzwerkanalysators geliefert und Reflexionsmessungen werden an jedem der mehreren Tore durchgeführt. Die Reflexionsmessungen werden verwendet, um den Verlust zu schätzen, der der Testvorrichtung durch jedes Tor zugeordnet ist. Zusätzlich dazu weist die Koaxial-zu-PCB-Verbindung der Testvorrichtungen häufig eine relativ schlechte Impedanzanpassung auf. Eine schlechte Impedanzanpassung führt zu einer bedeutenden Welligkeit (Ripple), wenn der Leerlaufstandard verwendet wird, um die Reflexionsmessungen zu erhalten. Ferner kann eine Koppler-/Brücke-Richtwirkung Welligkeiten in Reflexionsmessungen einbringen. Dementsprechend schätzen einige darstellende Ausführungsbeispiele die Verluste, die mehreren Toren eines Netzwerkanalysators zugeordnet sind, der mit einer Testvorrichtung gekoppelt ist, durch geeignetes Verarbeiten von Amplitudenantwortwerten, die mehreren Frequenzen zugeordnet sind.
Bezug nehmend nun auf die Zeichnungen zeigt 1 ein Flussdiagramm zur Operation eines Netzwerkanalysators gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel. Bei einem darstellenden Ausführungsbeispiel wird das Flussdiagramm unter Verwendung von geeigneten Softwareanweisungen oder Code implementiert, der durch einen Prozessor des Netzwerkanalysators ausgeführt wird. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die integrierte Schaltungsanordnung alternativ oder zusätzlich eingesetzt werden, um einen Abschnitt des Flussdiagramms oder das gesamte Flussdiagramm zu implementieren.
Bei Schritt 101 wird ein Kurzschlussstandard oder ein Leerlaufstandard für nachfolgende Messungen ausgewählt. Der Kurzschlussstandard bezieht sich auf eine ideale elektrische Verbindung, die eine Eins-Reflexion mit 180 Grad Phasenverschiebung aufweist. Messungen nach dem Kurzschlussstandard erhalten üblicherweise die Antwort von dem Testvorrichtungsaufbau, wenn eine geeignete Testausrüstungskomponente in die Testvorrichtung eingefügt ist. Der Leerlaufstandard bezieht sich auf eine nicht abgeschlossene Übertragungsleitung. Der Leerlaufstandard wird gemessen durch Weglassen einer Platzierung eines Elements innerhalb der Testvorrichtung und somit ist der Schaltungsweg „offen" bzw. „im Leerlauf". Die Auswahl des Standards kann auftreten durch Empfangen einer geeigneten Eingabe von dem Benutzer eines Netzwerkanalysators durch eine graphische Benutzerschnittstelle (GUI) oder eine andere Schnittstelle. Ein anderer geeigneter Reflexionsstandard kann verwendet werden, wenn die Amplitude-über-Frequenz-Antwort der Vorrichtung bekannt ist oder angenommen werden kann.
Bei Schritt 102 wird ein Tor des Netzwerkanalysators zur Kalibrierung ausgewählt. Bei einem darstellenden Ausführungsbeispiel wählt eine geeignete Softwareschleife ein entsprechendes Tor aus, durch iteratives schrittweises Bewegen durch jedes Tor, das an der Vorrichtung verfügbar ist. Alternativ kann der Benutzer manuell das Tor durch eine GUI oder eine andere Schnittstelle auswählen.
Bei Schritt 103 wird ein Signal an dem ausgewählten Tor erzeugt. Bei Schritt 104 werden Reflexionsmessungen an dem ausgewählten Tor durchgeführt. Bei Schritt 105 werden die Messungen verarbeitet, um die Antwort über eine Frequenzspanne zu bestimmen. Bei Schritt 106 werden die Antwortdaten für eine nachfolgende Verarbeitung gespeichert.
Bei Schritt 107 wird ein logischer Vergleich durchgeführt, um zu bestimmen, ob zusätzliche Tore zum Testen vorliegen. Wenn ja, kehrt der Prozessfluss zu Schritt 102 zurück. Bei Schritt 108 wird ein logischer Vergleich durchgeführt, um zu bestimmen, ob der Prozess für den anderen Standard wiederholt werden soll. Wenn der logische Vergleich wahr ist, kehrt der Prozessfluss zu Schritt 102 zurück, um den Prozess unter Verwendung des anderen Standards durchzuführen. Bei Schritt 109 werden die Parameter der Verlustformel berechnet und verwendet, um die Torerweiterungsfunktionalität des Netzwerkanalysators zu kalibrieren.
Bei einigen darstellenden Ausführungsbeispielen werden die Parameter a, b und c, die den Gleichungen (1) und (2) zugeordnet sind, algebraisch unter Verwendung einer relativ geringen Anzahl von Messpunkten bestimmt. Zum Beispiel wird für die Gleichung (1) der Parameter c aus den Messdaten als der Verlust bei DC bestimmt und die Parameter a und b werden wie folgt bestimmt: a = (L1f2 – L2f1)/(f2f1 1/2 – f1f2 1/2) Gleichung (3) b = (L1f2 1/2 – L2f1 1/2)/(f1f2 1/2 – f2f1 1/2) Gleichung (4)wobei L₁, f₁ und L₂, f₂ der erste und zweite Verlust und die erste und die zweite Frequenz sind, die den Verlusten zugeordnet sind. Bei Gleichungen (3) und (4) ist der Verlust in dB dargestellt. Wenn ein DC-Versatz vorliegt (c ist ungleich Null), dann gilt L1 = Verlust1-c und L2 = Verlust2-c, wobei Verlust1 und Verlust2 die Verluste sind, die durch die Messdaten an den entsprechenden Frequenzen bestimmt werden.
Für Gleichung (2) wird der Parameter c aus den Messdaten als der Verlust bei DC bestimmt, und die Parameter a und b werden wie folgt bestimmt: a = exp{(ln(f2)ln(L1) – ln(f1)ln(L2))/(ln(f2) – ln(f1)} Gleichung (5) b = ln(L1/L2)/ln(f1/f2) Gleichung (6)wobei L₁, f₁ und L₂, f₂ der erste und zweite Verlust und die erste und zweite Frequenz sind, die den Verlusten zugeordnet sind.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird Gleichung (2) verwendet, um die Verlustkompensationswerte zu erzeugen, während nur Werte a und c unter Verwendung von Gleichung (5) bzw. dem entsprechenden DC-Verlust berechnet werden. Parameter b wird auf 0,5 eingestellt. Dies erzeugt eine Gewinnkompensation, die sich mit der Quadratwurzel einer Frequenz ändert, die den Verlust einer idealen, verlustbehafteten, luftgefüllten Übertragungsleitung eng modelliert, bei der der Verlust primär durch den „Skineffekt" verursacht wird. Bei einem anderen darstellenden Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass der DC-Verlust vernachlässigbar ist und der Parameter c wird weggelassen oder auf Null eingestellt.
Bei alternativen Ausführungsbeispielen können die Verlustparameter als ein Faktor gespeichert werden, der mit einem Verzögerungsausdruck multipliziert werden soll. Genauer gesagt wird eine Standardverzögerung oder kundenspezifische Verzögerung durch eine Schnittstelle des Netzwerkanalysators ausgewählt. Die Verlustfaktoren werden dann durch die ausgewählte Verzögerung skaliert, wodurch der Verlust zu einer Funktion der Verzögerung gemacht wird. Der Vorteil, wenn der Verlusts mit der Verzögerung auf diese Weise in Bezug gebracht wird, ist das Anpassen des Verlusts zwischen mehreren Testvorrichtungen, die gemeinsame Eigenschaften aufweisen und sich nur in der Länge von den Toren zu der(den) DUT-Schnittstelle(n) unterscheiden.
2 zeigt eine Amplitudenantwort 201, eine Phasenantwort 202 und eine Verzögerungsantwort 203, die Reflexionsmessun gen einer Testvorrichtung zugeordnet sind, die den Leerlaufstandard gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel verwendet. Die Antworten, die dem Leerlaufstandard zugeordnet sind, können als eine gerichtete Normierung der korrekten Spur verwendet werden, wenn ein Testen von DUTs auftritt. Wie jedoch in 2 ersichtlich ist, weisen die Antworten 201 – 203 eine Welligkeit auf. Die Welligkeiten bei den Antworten 201 – 203 zeigen Fehler an, die durch die schlechte Quellanpassung (die Koaxial-zu-PCB-Verbindung) des Messsystems und der Leerlaufantwort verursacht werden.
Es ist möglich, den Quellanpassungsbeitrag angemessen zu verringern, durch Einsetzen eines Mittelwerts des Leerlaufstandards und des Kurzschlussstandards. In einigen Testsituationen ist es jedoch nicht ohne weiteres durchführbar, Messungen unter Verwendung des Kurzschlussstandards auszuführen, und ausschließlich Leerlaufstandardmessungen werden angewendet. Einige darstellende Ausführungsbeispiele verarbeiten die Messdaten, die aus dem Leerlaufstandard erhalten werden, um die Fehler zu verringern, die durch die schlechte Quellanpassung des Testsystems erzeugt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann ein Polynomkurven-Einpassungsalgorithmus oder ein Linieneinpassungsalgorithmus an die Amplitudenantwort angewendet werden, die aus den Messdaten erhalten wird, um den Verlust zu modellieren, der durch eine Testvorrichtung präsentiert wird. Die Verwendung eines Polynoms oder einer anderen geeigneten Formel führt zu weniger Empfindlichkeit gegenüber Welligkeit, die durch die schlechte Quellanpassung verursacht wird, die der Testvorrichtung zugeordnet ist.
Zum Beispiel können die Messdaten, die einer Testvorrichtung zugeordnet sind und unter Verwendung des Leerlaufstandards erzeugt werden, in die Gleichung (1) eingepasst werden, durch Nehmen einer Änderung von Variablen derart, dass g = f^1/2, wodurch sich folgendes ergibt: Verlust (g²) = a·g + b·g² + c. Nach dem Transformieren der Gleichung durch die Änderung bei den Variablen kann ein Polynomeinpassungs algorithmus angewendet werden, um geeignete Werte für a und b zu bestimmen. Üblicherweise berechnen Polynomeinpassungsalgorithmen die Werte a und b, um eine Fehlermetrik zwischen dem resultierenden Polynom und den Mess-Daten zu minimieren. Solche Polynomeinpassungsalgorithmen sind in der Technik bekannt.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann Gleichung (2) in eine Form transformiert werden, die ermöglicht, dass eine Anwendung eines Linieneinpassungsverfahrens angewendet wird. Der Logarithmus jeder Seite kann wie folgt angewendet werden: log(Verlust(f) – c) = log(a) + b·log(f). Das Einpassungsverfahren kann angewendet werden durch Nehmen des Logarithmus der Verlustdaten (nach Versetzen um c) und des Logarithmus der Frequenz. Der Y-Abschnitt der eingepassten Linie kann auf a und die Steigung auf b abgebildet werden. Typische Linieneinpassungsverfahren können verwendet werden, wie z. B. die Methode der kleinsten Quadrate.
3 zeigt einen Graph aus Messdaten 301 und eine eingepasste Polynomkurve 302 zu den Messdaten gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel. Die Messdaten 301 wurden durch Messungen einer Testvorrichtung unter Verwendung des Leerlaufstandards erhalten. Kurve 302 resultiert aus der Einpassung von Gleichung (1) in die Messdaten 301 unter Verwendung eines Polynomeinpassungsalgorithmus. Wie in 3 gezeigt ist, nähert sich die Kurve 302 dicht den Messdaten 301 an, während Welligkeiten weggelassen werden. Dementsprechend, wenn Kurve 302 verwendet wird, um Amplitudenkompensationswerte für Messungen von DUTs zu erzeugen, weisen die verarbeiteten Messwerte einen relativ hohen Grad an Genauigkeit auf.
Da eine Funktion verwendet wird, um den Verlust zu modellieren, der durch die Testvorrichtung präsentiert wird, ist es möglich, dass eine bestimmte Frequenz um einen Faktor skaliert werden kann, der größer ist als der Verlust, der durch die Testvorrichtung präsentiert wird. Dementsprechend ist es möglich, dass die Amplitudenantwort, die dieser Frequenz zugeordnet ist, für bestimmte Testverfahren größer als Eins sein kann. Einige bekannte Tests werden verwendet, um zu bestimmen, ob eine Vorrichtung instabil ist, durch Erfassen, ob die Amplitudenantwort bei bestimmten Frequenzen größer als Eins ist. Um zu verhindern, dass die Verlustkompensation verursacht, dass eine ordnungsgemäß funktionierende Vorrichtung durch einen solchen Test fällt, kann ein relativ geringer Versatz angewendet werden, um sicherzustellen, dass die Amplitudenantwort der Testvorrichtung nach der Anwendung der Verlustkompensation immer geringer als Eins ist.
4 zeigt ein Flussdiagramm zum automatischen Kalibrieren eines Netzwerkanalysators und Verwenden des kalibrierten Netzwerkanalysators, um Messungen eines DUT gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel auszuführen. Bei einem darstellenden Ausführungsbeispiel wird das Flussdiagramm unter Verwendung geeigneter Softwareanweisungen oder Code implementiert, die durch einen Prozessor des Netzwerkanalysators ausgeführt werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann eine integrierte Schaltungsanordnung alternativ oder zusätzlich eingesetzt werden, um einen Abschnitt von dem oder das gesamte Flussdiagramm zu implementieren.
Bei Schritt 401 werden Messdaten einer Testvorrichtung unter Verwendung des Leerlaufstandards für die Tore des Netzwerkanalysators erhalten. Bei Schritt 402 wird ein Linieneinpassungsverfahren oder ein Polynomeinpassungsverfahren an die Messdaten angewendet, um Parameter für die Verlustformel zu berechnen. Bei Schritt 403 wird der Netzwerkanalysator kalibriert durch Speichern der berechneten Verlustparameter. Bei Schritt 404 werden Messdaten eines DUT erhalten. Bei Schritt 405 werden Gewinnwerte unter Verwendung der geeigneten Parameter berechnet. Es sei z. B. angenommen, dass die Messwerte von Interesse S₁₂-Messungen sind (d. h. ein Stimulussignal wird an Tor Eins angelegt und das Ausgangssignal von Tor Zwei wird gemessen). Die Parameter für Tor Eins und für Tor Zwei werden wiedergewonnen. Für jede Frequenz von Interesse wird ein erster Gewinnwert unter Verwendung der Parameter für Tor Eins berechnet und ein zweiter Gewinnwert wird unter Verwendung der Parameter für Tor Zwei berechnet. Die Gewinnwerte werden dann an die Messdaten angewendet. Unter Verwendung des Beispiels S₁₂ werden die Amplitudenmesswerte mit den vorangehend erwähnten ersten und zweiten Gewinnwerten multipliziert. Bei Schritt 407 werden die verarbeiteten Messwerte gespeichert und/oder nach Bedarf ausgegeben (z. B. zum Anzeigen einer Amplitudenantwort des DUT auf dem Bildschirm des Netzwerkanalysators verwendet).
5 zeigt ein Blockdiagramm eines Netzwerkanalysators 500 gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel. Der Netzwerkanalysator 500 umfasst typische Elemente, die Netzwerkanalysatoren gemeinsam sind. Zum Beispiel umfasst der Netzwerkanalysator 500 einen Prozessor 504 zum Steuern der Operationen des Netzwerkanalysators 500. Der Netzwerkanalysator 500 umfasst ferner einen Speicher 505 zum Speichern von Messdaten zur Verarbeitung. Der Netzwerkanalysator 500 umfasst eine Anzeige 501 zum Darstellen von Messdaten, Benutzerschnittstellen und/oder ähnlichem und Benutzersteuerungselemente 502, um eine Benutzersteuerung über die Operationen des Netzwerkanalysators 500 zu ermöglichen. Der Netzwerkanalysator 500 umfasst mehrere koaxiale oder andere Tore 503, um Signale zur Anwendung an ein DUT zu erzeugen und Signale von einem DUT während Testoperationen zu empfangen.
Der Netzwerkanalysator 500 umfasst eine geeignete Logik zum Anwenden einer Torerweiterungsfunktionalität, um einen Verlust zu kompensieren, der einer Testvorrichtung zugeordnet ist, und eine Logik zum automatischen Kalibrieren der Torerweiterungsfunktionalität. Zum Beispiel kann ein nichtflüchtiger Speicher 506 verwendet werden, um Softwareanweisungen oder Code zu speichern, die die Operationen des Netzwerkanalysators 500 definieren. Der nicht-flüchtige Speicher 506 umfasst einen Signalverarbeitungsalgorithmus 509, der eine Spektralanalyse von Messdaten durchführt. Die Signalverarbeitungsalgorithmen 509 umfassen ein Verlustkompensationsmodul 510 gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel. Das Verlustkompensationsmodul 510 implementiert die Anwendung von Gewinn an Messdaten gemäß der Torerweiterungsfunktionalität. Genauer gesagt gewinnt das Verlustkompensationsmodul 510 geeignete Parameter aus Torerweiterungseinstellungen 507 wieder. Das Kompensationsmodul 510 verwendet die wiedergewonnenen Parameter, um Gewinnwerte auf einer frequenzabhängigen Basis zu berechnen. Der nichtflüchtige Speicher 506 umfasst ferner ein Torerweiterungs-Kalibrierungsmodul 508, das Reflexionssignale aus Toren 503 misst und automatisch Torerweiterungseinstellungen 507 nach dem Verarbeiten der Messdaten berechnet.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Netzwerkanalysators (500), das folgende Schritte aufweist: Anlegen eines Stimulussignals an zumindest ein Tor des Netzwerkanalysators zur Lieferung zu einem Testobjekt (DUT) innerhalb einer Testvorrichtung, die mit dem Netzwerkanalysator gekoppelt ist; Erzeugen (404) von Messdaten von dem DUT ansprechend auf das Stimulussignal an dem zumindest einen Tor des Netzwerkanalysators; und Erzeugen (406) einer Amplitudenantwort des DUT über einen Frequenzbereich, wobei ein Torerweiterungsmodul des Netzwerkanalysators automatisch eine Verlustkompensation an die Amplitudenantwort auf eine Weise anwendet, die nicht-linear auf die Frequenz bezogen ist, gemäß zumindest einem steuerbaren Parameter.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Torerweiterung Verlustkompensationswerte unter Verwendung der folgenden Formel berechnet: a·f1/2 + b·f,wobei a und b Parameter sind und f eine Variable ist, die die Frequenz darstellt.
Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem die Torerweiterung ferner die Verlustkompensationswerte berechnet, durch Addieren eines DC-Verlustwerts zu der Formel.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Torerweiterung Verlustkompensationswerte unter Verwendung der folgenden Formel berechnet: a·fb,wobei a und b Parameter sind und f eine Variable ist, die die Frequenz darstellt.
Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem die Parameter a und b steuerbar sind.
Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, bei dem die Torerweiterung ferner die Verlustkompensationswerte berechnet, durch Addieren eines DC-Verlustwerts zu der Formel.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Torerweiterungsmodul einen ersten Verlustkompensationswert, der einem ersten Tor zugeordnet ist, an das ein Stimulussignal angelegt ist, und einen zweiten Verlustkompensationswert, der einem zweiten Tor zugeordnet ist, an dem Messungen durchgeführt werden, berechnet.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner folgenden Schritt aufweist: Empfangen, durch den Netzwerkanalysator, einer Eingabe von dem Benutzer, um den steuerbaren Parameter zu modifizieren.
Verfahren gemäß Anspruch 8, das ferner folgenden Schritt aufweist: Wiederholen des Anlegens, des Erzeugens von Messdaten und des Erzeugens einer Amplitudenantwort ansprechend auf den modifizierten steuerbaren Parameter während einer Echtzeitoperation des Netzwerkanalysators.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, das ferner folgenden Schritt aufweist: Empfangen, durch den Netzwerkanalysator, einer Eingabe von dem Benutzer, um zu verursachen, dass der Netzwerkanalysator automatisch den steuerbaren Parameter kalibriert.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der steuerbare Parameter automatisch durch den Netzwerkanalysator modifiziert wird, ansprechend auf einen Benutzer, der einen Verzögerungswert modifiziert, der dem Torerweiterungsmodul zugeordnet ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der steuerbare Parameter berechnet wird durch Multiplizieren eines Verlustparameters mit einem Verzögerungswert, der dem Torerweiterungsmodul zugeordnet ist.
Verfahren zum Kalibrieren eines Netzwerkanalysators, das folgende Schritte aufweist: Anlegen eines Stimulussignals an einem Tor des Netzwerkanalysators zur Lieferung zu einer Testvorrichtung, die mit dem Netzwerkanalysator (103) gekoppelt ist; Erzeugen (104) von Messdaten von der Testvorrichtung ansprechend auf das Stimulussignal an dem Tor des Netzwerkanalysators; Erzeugen (105) einer Amplitudenantwort der Testvorrichtung über einen Frequenzbereich; Anwenden (402), durch ein Torerweiterungskalibrierungsmodul des Netzwerkanalysators, eines Parametereinpassungsalgorithmus an die Amplitudenantwort unter Verwendung einer Funktion der Frequenz, die durch eine Mehrzahl von Parametern gekennzeichnet ist; und Konfigurieren eines Torerweiterungsmoduls, um eine Verlustkompensation an Messungen anzuwenden, die dem Tor auf einer nicht-linearen frequenzabhängigen Basis zugeordnet sind, gemäß der Funktion und der Mehrzahl von Parametern, die durch den Einpassungsalgorithmus bestimmt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem die Funktion gegeben ist durch: a·f1/2 + b·f,wobei a und b Parameter sind und f eine Variable ist, die die Frequenz darstellt.
Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem der Einpassungsalgorithmus ein Polynomeinpassungsalgorithmus ist.
Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, das ferner folgenden Schritt aufweist: Berechnen eines DC-Verlustwerts für eine Addition zu der Funktion, wobei das Konfigurieren das Torerweiterungsmodul einstellt, um eine Verlustkompensation unter Verwendung des DC-Verlustwerts anzuwenden.
Verfahren gemäß Anspruch 16, bei dem das Berechnen eines DC-Verlustwerts das Bestimmen eines Versatzes umfasst, um zu verhindern, dass eine verlustkompensierte Amplitudenantwort der Testvorrichtung größer als Eins ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, bei dem die Funktion gegeben ist durch: a·fb, wobei a und b Parameter sind und f eine Variable ist, die die Frequenz darstellt.
Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem der Einpassungsalgorithmus ein Linieneinpassungsalgorithmus ist.
Verfahren gemäß Anspruch 18 oder 19, das ferner folgenden Schritt aufweist: Berechnen eines DC-Verlustwerts für eine Addition zu der Funktion, wobei das Konfigurieren das Torerweiterungsmodul einstellt, um eine Verlustkompensation unter Verwendung des DC-Verlustwerts anzuwenden.
Verfahren gemäß Anspruch 20, bei dem das Berechnen eines DC-Verlustwerts das Bestimmen eines Versatzes umfasst, um zu verhindern, dass eine verlustkompensierte Amplitudenantwort der Testvorrichtung größer als Eins ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 21, bei dem die Messdaten unter Verwendung eines Leerlaufstandards erhalten werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 21, bei dem die Messdaten unter Verwendung eines Kurzschlussstandards erhalten werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 21, bei dem die Messdaten ein Mittelwert der Messdaten sind, die unter Verwendung eines Kurzschlussstandards und eines Leerlaufstandards erhalten werden.
Verfahren zum Kalibrieren eines Netzwerkanalysators (500), das folgende Schritte aufweist: Anlegen (103) eines Stimulussignals an ein Tor des Netzwerkanalysators zur Lieferung zu einer Testvor richtung, die mit dem Netzwerkanalysator gekoppelt ist; Erzeugen (104) von Messdaten von der Testvorrichtung ansprechend auf das Stimulussignal an dem Tor des Netzwerkanalysators; Erzeugen (105) einer Amplitudenantwort der Testvorrichtung über einen Frequenzbereich; Anwenden von zumindest einem Verlustwert an eine erste Funktion, durch ein Torerweiterungs-Kalibrierungsmodul des Netzwerkanalysators, um einen Parameter herzuleiten, der zumindest teilweise die Amplitudenantwort der Testvorrichtung charakterisiert; und Konfigurieren (109) eines Torerweiterungsmoduls, um eine Verlustkompensation an Messungen anzuwenden, die dem Tor zugeordnet sind, auf einer nicht-linearen frequenzabhängigen Basis, gemäß einer zweiten Funktion, die eine Funktion einer Frequenz ist und zumindest teilweise durch zumindest den Parameter gekennzeichnet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 25, bei dem die zweite Funktion gegeben ist durch: a·f1/2 + b·f,wobei a und b Parameter sind und f eine Variable ist, die die Frequenz darstellt.
Verfahren gemäß Anspruch 26, bei dem die Parameter a und b bestimmt werden durch die nachfolgenden Gleichungen: a = (L1L2 – L2f1)/(f2f1 1/2 – f1f2 1/2) und b = (L1f2 1/2 – L2f1 1/2)/(f1f2 1/2 – f2f1 1/2),wobei L₁ und L₂ Verlustwerte sind und f₁ und f₂ Frequenzen sind, die den Verlustwerten entsprechen.
Verfahren gemäß Anspruch 26 oder 27, das ferner folgenden Schritt aufweist: Berechnen eines DC-Verlustwerts zur Addition mit der zweiten Funktion, wobei das Konfigurieren das Torerweiterungsmodul einstellt, um eine Verlustkompensation unter Verwendung des DC-Verlustwerts anzuwenden.
Verfahren gemäß Anspruch 28, bei dem das Berechnen eines DC-Verlustwerts das Bestimmen eines Versatzes umfasst, um zu verhindern, dass eine verlustkompensierte Amplitudenantwort der Testvorrichtung größer als Eins ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 25 bis 29, bei dem die zweite Funktion gegeben ist durch: a·fb,wobei a und b Parameter sind und f eine Variable ist, die die Frequenz darstellt.
Verfahren gemäß Anspruch 30, bei dem die Parameter a und b bestimmt werden durch die nachfolgenden Gleichungen: a = exp{(ln(f2)ln(L1) – ln(f1)ln(L2))/(ln(f2) – ln(f1)} und b = ln(L1/L2)/ln(f1/f2),wobei L₁ und L₂ Verlustwerte sind und f₁ und f₂ Frequenzen sind, die den Verlustwerten entsprechen.
Verfahren gemäß Anspruch 30 oder 31, das ferner folgenden Schritt aufweist: Berechnen eines DC-Verlustwerts zur Addition mit der zweiten Funktion, wobei das Konfigurieren das Torerweiterungsmodul einstellt, um eine Verlustkompensation unter Verwendung des DC-Verlustwerts anzuwenden.
Verfahren gemäß Anspruch 32, bei dem das Berechnen eines DC-Verlustwerts das Bestimmen eines Versatzes umfasst, um zu verhindern, dass eine verlustkompensierte Amplitudenantwort der Testvorrichtung größer als Eins ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 25 bis 33, bei dem die Messdaten unter Verwendung eines Leerlaufstandards erhalten werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 25 bis 33, bei dem die Messdaten unter Verwendung eines Kurzschlussstandards erhalten werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 25 bis 33, bei dem die Messdaten ein Mittelwert der Messdaten sind, die unter Verwendung eines Kurzschlussstandards und eines Leerlaufstandards erhalten werden.
Netzwerkanalysator (500), der folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von Toren (503) zum Anlegen von Stimulussignalen an ein Testobjekt (DUT) und zum Messen von Signalen von dem DUT; eine Signalverarbeitungslogik (509) zum Durchführen einer Spektralanalyse von Messungen, die an der Mehrzahl von Toren durchgeführt werden, wobei die Signal verarbeitungslogik eine Torerweiterungs-Verlustkompensation an Amplitudendaten anwendet, die durch die Spektralanalyse erzeugt werden; eine Logik zum Verarbeiten von Reflexionsmessdaten (508) während eines Kalibrierungsmodus des Netzwerkanalysators, um Schätzungen des Verlusts zu erzeugen, der einer Testvorrichtung zugeordnet ist; und eine Logik zum Einstellen von Torerweiterungseinstellungen ansprechend auf die Logik zum Verarbeiten.
Netzwerkanalysator (500) gemäß Anspruch 37, bei dem die Signalverarbeitungslogik eine Funktion bewertet, die gegeben ist durch: a·f1/2 + b·f,wobei a und b die Parameter sind und f eine Variable ist, die die Frequenz darstellt.
Netzwerkanalysator (500) gemäß Anspruch 37 oder 38, bei dem die Logik zum Verarbeiten einen Polynomeinpassungsalgorithmus anwendet.
Netzwerkanalysator (500) Anspruch 38 oder 39, der ferner folgenden Schritt ausführt: Berechnen eines DC-Verlustwerts zur Addition mit der Funktion für die Torerweiterungs-Verlustkompensation.
Netzwerkanalysator (500) gemäß Anspruch 40, bei dem das Berechnen eines DC-Verlustwerts das Bestimmen eines Versatzes umfasst, um zu verhindern, dass eine verlustkompensierte Amplitudenantwort der Testvorrichtung größer als Eins ist.
Netzwerkanalysator (500) gemäß einem der Ansprüche 37 bis 41, bei dem die Signalverarbeitungslogik eine Funktion bewertet, die gegeben ist durch: a·fb,wobei a und b Parameter sind und f eine Variable ist, die die Frequenz darstellt.
Netzwerkanalysator (500) gemäß Anspruch 42, bei dem die Logik zum Verarbeiten einen Linieneinpassungsalgorithmus anwendet.
Netzwerkanalysator (500) gemäß Anspruch 42 oder 43, der ferner folgenden Schritt ausführt: Berechnen eines DC-Verlustwerts zur Addition mit der Funktion für die Torerweiterungs-Verlustkompensation.
Netzwerkanalysator (500) gemäß Anspruch 44, bei dem das Berechnen eines DC-Verlustwerts das Bestimmen eines Versatzes umfasst, um zu verhindern, dass eine verlustkompensierte Amplitudenantwort der Testvorrichtung größer als Eins ist.