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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Mehrkanalbauteil-Analysevorrichtung
sowie ein Mehrkanalbauteil-Analyseverfahren zur Analyse der Eigenschaften
eines drei oder mehr Eingabe-/Ausgabe-Anschlüsse aufweisenden Mehrkanalbauteils,
und insbesondere eine Mehrkanalbauteil-Analysevorrichtung und ein
entsprechendes Verfahren zur Analyse von Mehrkanalbauteilen mit
einem abgeglichenen Eingabe/Ausgabe-Anschluß und/oder von Mehrkanalbauteilen
mit unterschiedlicher Eingabe-/Ausgabeimpedanz unter Verwendung eines
herkömmlichen,
nicht abgeglichenen Zweikanal-Netzwerkanalysators und einer herkömmlichen,
nicht abgeglichenen Mehrkanal-Prüfgruppe
mit drei oder mehr Kanälen.
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Zur
Analyse der Eigenschaften von in verschiedenen Datenübertragungssystemen
verwendeten Übertragungsbauteilen
oder Übertragungsbauelementen
werden häufig
Netzwerkanalysatoren eingesetzt. Ein Netzwerkanalysator gewinnt
die Daten, die verschiedenen Prüfparametern,
beispielsweise einer Übertragungsfunktion,
den Reflexionseigenschaften oder einer Gruppenverzögerung eines
in einem Datenübertragungssystem
verwendeten Hochfrequenzbauteils (Bauteilprüfling) entsprechen, indem er
die durch ein Zeitablenkfrequenzsignal hervorgerufene Antwortfrequenz
des Hochfrequenzbauteils auswertet.
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Ein
Netzwerkanalysator umfaßt üblicherweise
zwei Kanäle,
nämlich
einen Eingabe- und einen Ausgabekanal. Der Eingabekanal sendet ein
Zeitablenkfrequenzsignal (Prüfsignal)
an den Bauteilprüfling,
während der
Ausgabekanal das Antwortausgangssignal vom Bauteilprüf ling empfängt. Der
Eingabekanal und der Ausgabekanal des Netzwerkanalysators sind üblicherweise
so ausgelegt, daß jeder
Kanal durch einen Schaltvorgang in den jeweils anderen Kanal umgeschaltet
werden kann. Ein Beispiel für
den schematischen Aufbau eines solchen Netzwerkanalysators läßt sich
dem Blockschaltbild gemäß 1 entnehmen.
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Der
Aufbau sowie die Arbeitsweise des Netzwerkanalysators gemäß 1 werden im folgenden kurz erläutert. Ein
Netzwerkanalysator 10 weist zwei Eingabe/Ausgabe-Kanäle P1 und
P2 auf, die mit Brücken (bzw.
Richtungskopplern) 11 bzw. 12 verbunden sind.
Die Brücken 11 und 12 dienen
jeweils als Signaltrennungsschaltung. Ein von einem Signalgenerator 15 geliefertes
Prüfsignal
wird je nach Stellung eines Umschalters 13 entweder der
Brücke 11 oder
der Brücke 12 zugeführt. Das
Prüfsignal
wird von dem ausgewählten
Kanal P1 bzw. P2 an den Bauteilprüfling geleitet. Das Prüfsignal
vom Signalgenerator 15 wird außerdem auch als ein Referenzsignal
ins Innere des Netzwerkanalysators geleitet. Im einzelnen werden
dabei dieses Referenzsignal und das Eingabesignal von der Brücke Frequenzwandlern 17, 18 bzw. 19 zugeführt, durch
die sie in Signale mit niedrigerer Frequenz umgewandelt werden.
Das Eingabesignal und das Referenzsignal mit umgewandelter Frequenz
werden Sodann jeweils durch entsprechende A/D-Wandler 21, 22 bzw. 23 in
digitale Signale umgewandelt. Diese digitalen Signale werden von
einem Signalprozessor (DSP) 25 verarbeitet, um Daten beispielsweise
bezüglich
der Übertragungsfunktionen,
Streuparameter und Gruppenverzögerungen
zu gewinnen. Die diesen Eigenschaften entsprechenden Daten werden
von einer durch eine der Gesamtkontrolle des Systems dienenden Zentralverarbeitungsein heit
CPU 28 gesteuerten Anzeigeeinheit 29 in verschiedenen
Formaten angezeigt.
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Die
Bauteilprüflinge,
bei denen es sich um Bauelemente handelt, wie sie in Datenübertragungssystemen
eingesetzt werden, weisen manchmal jedoch nicht nur zwei, sonderen
drei oder vier Anschlüsse
auf (und werden dann im folgenden ggf. als "Mehrkanalbauteile" bezeichnet). Zur Analyse der Eigenschaften
der Mehrkanalbauteile unter Einsatz des zwei Kanäle umfassenden Netzwerkanalysators
lassen sich Messungen durchführen,
wenn man einen der Anschlüsse
des Bauteilprüflings 30 mit
einem der Eigenimpedanz entsprechenden Abschlußwiderstand versieht, wie sich
dies 2A entnehmen läßt. Da bei
dieser Anordnung jedoch verschiedene Probleme auftreten, wird stattdessen
eine Anordnung mit einer Mehrkanal-Prüfgruppe gemäß 2B verwendet. Zur Durchführung einer
genauen und gleichzeitig unkomplizierten Eigenschaftsanalyse des
Mehrkanalbauteils wird dabei die Mehrkanal-Prüfgruppe zwischen dem Zweikanal-Netzwerkanalysator und
dem Mehrkanalbauteil angeordnet. Die Bauteilverbindungen zwischen
der Mehrkanal-Prüfgruppe 20,
dem Netzwerkanalysator 10 und dem Mehrkanalbauteil 30 lassen
sich 2B entnehmen. Bei
diesem Beispiel umfaßt
die Mehrkanal-Prüfgruppe 20 vier
Eingabe/Ausgabekanäle
Q1 bis Q4.
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Bei
dem beschriebenen, in einem Hochfrequenzband arbeitenden Netzwerkanalysator
bzw. der entsprechenden Mehrkanal-Prüfgruppe liegt jeder Kanal in
nicht abgeglichener Form vor und die Eingabe- bzw. Ausgabeimpedanz
ist auf 50 Ohm (oder 75 Ohm) festgelegt. Bisher handelte es sich
auch bei den meisten herkömmlichen
Bauteilprüflingen
um nicht abgeglichene Bauteile mit der Impedanz 50 Ohm. Sowohl aufgrund der
jüngsten
Entwicklungen in der Halbleitertechnologie als auch aufgrund von
Fortschritten im Bereich der Datenübertragungssysteme und deren
erhöhter
Komplexität
weisen einige der modernen Mehrkanalbauteilprüflinge jedoch Anordnungen auf,
die von denen der herkömmlichen
Bauteilprüflinge
abweichen. Ein Beispiel für den
grundlegenden Aufbau eines solchen Mehrkanalbauteils 40 läßt sich
dem Schaltschema gemäß 3 entnehmen. Bei diesem
Beispiel handelt es sich bei einem Eingabeanschluß T1 um
einen nicht abgeglichenen Anschluß mit einer Impedanz von 50
Ohm, während
zwischen den Ausgabeanschlüssen
T2 und T3 ein abgeglichener Anschluß mit einer Impedanz von 150
Ohm gebildet wird.
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Gemäß dem Stand
der Technik wird die Prüfung
des oben beschriebenen abgeglichenen Mehrkanalbauteils mit relativ
hoher Impedanz mit Hilfe eines nicht abgeglichenen Netzwerkanalysators
bzw. einer entsprechenden Mehrkanal-Prüfgruppe mit niedriger Impedanz
mit der in 4 gezeigten
Anordnung durchgeführt.
Dabei wird im einzelnen ein Abgleich/Nichtabgleich-Konverter 42 mit
dem Bauteilprüfling 40 verbunden, wodurch
ein abgeglichener Ausgang des Bauteilprüflings in einen nicht abgeglichenen
Ausgang umgewandelt wird. Die Eingabeanschlüsse T4 und T5 des Konverters 42 sind
abgeglichen, weisen zwischen sich eine Impedanz von 150 Ohm auf
und werden mit den Ausgabeanschlüssen
T2 bzw. T3 des Bauteilprüflings 40 verbunden.
Der Ausgabeanschluß T6
des Konverters 42 ist nicht abgeglichen und weist eine
Impedanz von 50 Ohm auf. Dementsprechend lassen sich die Eigenschaften
des zu prüfenden
Bauteils ermitteln, indem der Eingabeanschluß T1 und der Ausgabeanschluß T6 mit
dem Netzwerkanalysator verbunden werden.
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Beim
herkömmlichen
Meßverfahren
unter Verwendung eines derartigen Konverters erhält man nicht den reinen Meßwert des
Bauteilprüflings 40,
da das Meßergebnis
auch die Eigenschaften des Abgleich/Nichtabgleich-Konverters 42 enthält. Aufgrund
des Einsatzes des Konverters 42 lassen sich zudem zwar
die Eigenschaften des Eingabeanschlusses T1 und des Ausgabeanschlusses
T6 sowie die Eigenschaften zwischen diesen beiden Anschlüssen, nicht
jedoch die Eigenschaften anderer Anschlüsse messen. So ist es beispielsweise nicht
möglich,
die Eigenschaften der abgeglichenen Ausgabeanschlüsse des
Bauteilprüflings
zu ermitteln. Darüber
hinaus ist es auch notwendig, verschiedene Arten von Konvertern
vorzusehen, die dem Impedanzwert des jeweiligen Bauteilprüflings entsprechen,
da der Abgleich/Nichtabgleich-Konverter 42 in der Lage
sein muß, die
Ausgabeimpedanz des Bauteilprüflings
in die Impedanz der Mehrkanal-Prüfgruppe 20 oder
des Netzwerkanalysators 10 umzuwandeln.
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Aus
der
US 5,578,932 ist
ein Vektor-Netzwerkanalysator zum Prüfen von drei oder mehr Eingangs- und
Ausgangsanschlüsse
aufweisenden Mehrkanalbauteilen bekannt, wobei eine Mehrkanal-Prüfgruppe
vorgesehen ist, die wahlweise zwei der Anschlüsse des Mehrkanalbauteils mit
dem Eingangs- und Ausgangskanal des Vektor-Netzwerkanalysators verbindet.
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Boulejfen,
N. et al, „An
Automated N-Port Network Analyzer for Linear and Non Linear Multi-port
RF and Digital Circuits",
IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference, Ottawa,
Canada, May 19–21,
1997 beschreibt weiterhin einen N-Kanal-Netzwerkanalysator für Mehrkanalschaltungen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mehrkanalbauteil-Analysevorrichtung
und ein entsprechendes Verfahren zu beschreiben, durch die genaue
Messungen an einem Mehrkanalbauteilprüfling durchgeführt werden
können,
bei dem der Aufbau der Eingabe/Ausgabeanschlüsse oder die Impedanz nicht
mit dem Aufbau bzw. der Impedanz herkömmlicher Bauteilprüflinge übereinstimmen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Mehrkanalbauteil-Analysevorrichtung
und ein entsprechendes Verfahren zu beschreiben, durch die Messungen
an einem Mehrkanalbauteilprüfling
mit abgeglichenen Ausgabekanälen
durchgeführt
werden können, ohne
daß dabei
ein Abgleich/Nichtabgleich-Konverter zum Einsatz kommt.
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Daneben
besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Mehrkanalbauteil-Analysevorrichtung
und ein entsprechendes Verfahren zu beschreiben, durch die unter
Verwendung einer Mehrkanal-Prüfgruppe
oder eines Netzwerkanalysators mit nicht abgeglichenen Eingabe/Ausgabekanälen Messungen
an einem mit einem abgeglichenen Kanal ausgestatteten Mehrkanalbauteil
durchgeführt
werden können.
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Schließlich liegt
der vorliegenden Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, eine Mehrkanalbauteil-Analysevorrichtung
und ein entsprechendes Verfahren zu beschreiben, durch die unter
Verwendung einer Mehrkanal-Prüfgruppe
und eines Netzwerkanalysators Messungen an einem Mehrkanalbauteil
durchgeführt
werden können,
dessen Impedanz sich von der Impedanz der Mehrkanal-Prüfgruppe
bzw. des Netzwerkanalysators unterscheidet.
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Die
erfindungsgemäße Mehrkanalbauteil-Analysevorrichtung
zum Prüfen
von drei oder mehr Eingangs- und Ausgangsanschlüsse aufweisenden Mehrkanalbauteilen
enthält
die im Anspruch 1 angegebenen Bestandteile.
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Darüber hinaus
erfolgt bei der erfindungsgemäßen Mehrkanalbauteil-Analysevorrichtung
eine Kalibrierung der Analysevorrichtung, einschließlich der
Kabel zur Verbindung mit dem Mehrkanalbauteilprüfling in einem Zustand, in
dem der Netzwerkanalysator und die Mehrkanal-Prüfgruppe
miteinander verbunden sind, woraufhin die dabei gewonnenen Fehlerkorrekturdaten
im Netzwerkanalysator gespeichert und der Mehrkanal-Bauteilprüfling mit
der Mehrkanal-Prüfgruppe
ohne Verwendung eines Abgleich/Nichtabgleich-Konverters verbunden
wird, um die den Eigenschaften entsprechenden Vektordaten des Bauteils
zu erhalten, wobei sodann das Bauteil durch Durchführung der
Fehlerkorrektur der den Eigenschaften entsprechenden Vektordaten unter
Verwendung der Fehlerkorrekturdaten analysiert wird.
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Darüber hinaus
erfolgt bei der erfindungsgemäßen Mehrkanalbauteil-Analysevorrichtung
die Analyse des Mehrkanalbauteilprüflings durch die Gewinnung
von den Eigenschaften entsprechenden Vektordaten an jedem Anschluß des Mehrkanalbauteilprüflings und
die Umwandlung der Vektordaten an jedem Anschluß in Daten, die dem ausgewählten Impedanzwert
entsprechen. Außerdem
werden bei der Mehrkanalbauteil-Analysevorrichtung die Eigenschaften
des Bauteilprüflings
analysiert, indem den Eigen schaften entsprechende Vektordaten an
jedem nicht abgeglichenen Anschluß gewonnen und diese Vektordaten
an jedem nicht abgeglichenen Anschluß in abgeglichene Anschlußdaten zwischen
zwei ausgewählten
Anschlüssen
umgewandelt werden.
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Im
folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die
beigefügte
Zeichnung näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigen
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1 ein Blockschaltbild eines
Beispiels für
den grundlegenden Aufbau eines herkömmlicherweise verwendeten Netzwerkanalysators
mit zwei Eingabe/Ausgabe-Kanälen;
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2A ein Blockschaltbild eines
grundlegenden Aufbaus zum Messen des Mehrkanalbauteils mit Hilfe
des Zweikanal-Netzwerkanalysators;
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2B ein Blockschaltbild eines
grundlegenden Aufbaus zum Messen des Mehrkanalbauteils durch Kombination
der Mehrkanal-Prüfgruppe
mit dem Netzwerkanalysator gemäß 1;
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3 ein Schaltschema eines
Beispiels für
den Aufbau des Mehrkanalbauteils, an dem durch die erfindungsgemäße Mehrkanalbauteil-Analysevorrichtung
Messungen durchzuführen
sind;
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4 ein Schaltschema eines
Beispiels für
den Aufbau zum Messen eines Mehrkanalbauteils gemäß 3 unter Verwendung eines
Abgleich/Nichtabgleich-Konverters gemäß dem Stand der Technik;
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5 ein Blockschaltbild eines
Beispiels eines grundlegenden Aufbaus zum Messen des Mehrkanalbauteils
gemäß 3 mit Hilfe der erfindungsgemäßen Mehrkanalbauteil-Analysevorrichtung;
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6 ein Flußdiagramm
eines unter Einsatz der erfindungsgemäßen Mehrkanalbauteil-Analysevorrichtung
durchgeführten
Meßverfahrens;
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7 ein Schaltschema zur Verdeutlichung
des Konzepts zur Berechnung beispielsweise einer Impedanz-Umwandlung
und einer Abgleich/Nichtabgleich-Umwandlung bei der vorliegenden
Erfindung; und
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8 ein Schaltschema zur Verdeutlichung
des Konzepts zur Berechnung beispielsweise einer Impedanz-Umwandlung
und einer Abgleich/Nichtabgleich-Umwandlung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die
bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
erläutert.
Das Blockschaltbild gemäß 5 zeigt ein Beispiel eines
grundlegenden Aufbaus zur Durchführung
von Messungen am Mehrkanalbauteil gemäß 3 mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Mehrkanalbauteil-Anaylsevorrichtung.
Bei diesem Beispiel handelt es sich bei allen Eingabe- und Ausgabekanälen des
Netzwerkanalysators 10 und der Mehrkanal-Prüfgruppe
50 um solche des nicht abgeglichen Typs, wobei die Impedanz beispielsweise
50 Ohm beträgt.
Andererseits weist der Mehrkanalbauteilprüfling 40 einen nicht
abgeglichenen Eingang auf, während
sein Ausgang abgeglichen ist, wobei seine Ausgangsimpedanz 150 Ohm
beträgt.
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Wie
im Beispiel gemäß 2B ist auch hier zur Bildung
von drei oder mehr Eingabe- und Ausgabekanälen Q1 bis Q4 die Mehrkanal-Prüfgruppe 50 mit
dem zwei Kanäle
P1 und P2 aufweisenden Netzwerkanalysator verbunden. Der Mehrkanalbauteilprüfling 40 ist
(ohne Verwendung eines Abgleich/Nichtabgleich-Konverters) direkt
mit den Eingabe- und Ausgabekanälen
der Mehrkanal-Prüfgruppe 50 verbunden
und der Netzwerkanalysator 10 gewinnt bei dieser Anordnung
verschiedene Arten von Daten. Die Mehrkanal-Prüfgruppe 50 weist bei
diesem Beispiel zwei eingebaute Umschalter auf, von denen jeder
durch das vom Netzwerkanalysator 10 stammende Kontrollsignal
S gesteuert wird. Bei einem Kanal des Netzwerkanalysators handelt
es sich um einen Signalausgabe-Ausgangskanal, während der andere als Signaleingangskanal
dient. Der Signalausgabe-Ausgangskanal und der Signaleingangskanal
können
durch ein Umschalten durch den Netzwerkanalysator 10 gegeneinander
ausgetauscht werden.
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Vor
der Durchführung
der Messung am Mehrkanalbauteilprüfling wird vorzugsweise mittels
einer Kalibrierung eine Fehlerkorrektur vorgenommen. Zu diesem Zweck
wird beispielsweise ein Ende eines jeden mit dem Bauteil prüfling zu
verbindenden Kabels durch eine Leerlaufimpedanz, eine Kurzschlußimpedanz
oder eine Eigenimpedanz abgeschlossen und der Vektorwert jedes Streuparameters
(S) in diesem Zustand ermittelt, wobei diese Vektorwerte dann in
einem (nicht dargestellten) Speicher im Netzwerkanalysator als Fehlerkorrekturdaten
gespeichert werden.
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Danach
wird der Mehrkanalbauteilprüfling 40 mit
den einzelnen Kabeln verbunden. Der Eingabeanschluß T1 des
Mehrkanalbauteilprüflings 40 empfängt das
Eingangssignal vom Kanal P1 des Netzwerkanalysators durch den Kanal
Q2 der Mehrkanal-Prüfgruppe 50.
Der abgeglichene Ausgabeanschluß T2
des Bauteilprüflings 40 wird
mit dem Eingabekanal P2 des Netzwerkanalysators durch den Kanal
Q3 der Mehrkanal-Prüfgruppe 50 verbunden,
während
der andere abgeglichene Ausgabeanschluß T3 des Bauteilprüflings durch
die Mehrkanal-Prüfgruppe 50 mittels
eines vorbestimmten Impedanzwerts von 50 Ohm abgeschlossen wird.
Bei dieser Anordnung werden eine Übertragungsfunktion sowie alle
S-Parameter durch den Netzwerkanalysator 10 gemessen. Daraufhin
wird der abgeglichene Ausgabeanschluß T2 durch Betätigung des
Umschalters 2 mit dem Abschlußwiderstand 50 Ohm verbunden,
während
nun der abgeglichene Ausgabeanschluß T3 durch den Kanal Q4 der
Mehrkanal-Prüfgruppe
mit dem Eingabekanal P2 des Netzwerkanalysators verbunden ist. Bei
dieser Anordnung werden wiederum eine Übertragungsfunktion und alle
S-Parameter durch den Netzwerkanalysator 10 gemessen.
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Die
genannten Meßwerte
liegen dabei in Form von Vektorwerten vor, die nicht nur die absoluten
Werte, sondern auch die Phasenwerte enthalten und zur Signalverar beitung
durch den Signalprozessor DSP oder die Zentralverarbeitungseinheit
CPU 28 gemäß 1 im (nicht dargestellten)
Speicher gespeichert werden. Unter Verwendung der vorab gewonnenen
Fehlerkorrekturdaten wird eine Korrektur der gemessenen Vektorwerte durchgeführt. Die
Signalverarbeitung durch den Signalprozessor DSP o.ä. schließt gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Impedanz-Umwandlung sowie eine Nichtabgleich/Abgleich-Umwandlung
mit ein.
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Bei
der Impedanz-Umwandlung handelt es sich um einen Rechenvorgang,
bei dem die durch die obige Anordnung ermittelten Meßwerte in
Meßwerte
auf einer anderen Impedanzbasis umgewandelt werden. Wie bereits
erwähnt,
weisen der Netzwerkanalysator 10 und die Mehrkanal-Prüfgruppe 50 eine
Impedanz von 50 Ohm auf, während
die Ausgangsimpedanz des Bauteilprüflings 40 150 Ohm
beträgt.
Dementsprechend ist bei den durch die genannte Anordnung ermittelten
Meßwerten
zu berücksichtigen,
daß die
Impedanz nicht angepaßt
ist. Diese gemessenen Werte werden nun in Meßwerte für eine angepaßte Impedanz
umgewandelt, d.h. in Meßwerte
für einen
Zustand, in dem die Impedanz der Mehrkanal-Prüfgruppe und des Netzwerkanalysators 150
Ohm betragen soll. Das Ergebnis des Umwandlungsprozesses wird von
der Anzeigeeinheit angezeigt.
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Bei
der Nichtabgleich/Abgleich-Umwandlung handelt es sich um einen Rechenvorgang,
bei dem die von der beschriebenen Anordnung ermittelten Meßwerte in
Meßwerte
umgewandelt werden, die einem abgeglichenen Ausgang entsprechen.
Wie bereits erwähnt,
handelt es sich bei den einzelnen Kanälen des Netzwerkanalysators 10 und
der Mehrkanal-Prüfgruppe 50 jeweils
um Kanäle
des nicht abgeglichenen Typs, während
der Ausgang des Bauteilprüflings
abgeglichen ist. Daher werden die durch die beschriebene Anordnung ermittelten
Meßwerte
durch den Rechenvorgang in Meßwerte
umgewandelt, wie man sie von einem Ausgabeanschluß des abgeglichenen
Typs erhalten würde,
d.h. in den Meßwert,
den man zwischen den Ausgabeanschlüssen T2 und T3 des Mehrkanalbauteilprüflings 40 erhält. Das
Ergebnis des Umwandlungsvorgangs wird wiederum von der Anzeigeeinheit
angezeigt.
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6 zeigt in einem Flußdiagramm
die von der erfindungsgemäßen Mehrkanalbauteil-Analysevorrichtung
durchgeführten
Meßschritte.
Im Schritt S1 wird die Kalibrierung für das gesamte Meßsystem
einschließlich
des Netzwerkanalysators, der Mehrkanal-Prüfgruppe und der Meßkabel etc.
durchgeführt.
Die dabei ermittelten Fehlerkorrekturdaten werden im Speicher des
Netzwerkanalysators gespeichert und zur Korrektur der Meßdaten zu
einem Zeitpunkt verwendet, wenn diese tatsächlich gemessenen Daten vorliegen.
Im Schritt S2 erfolgt die Messung von Eigenschaften des Mehrkanalbauteilprüflings entsprechend
der Anordnung gemäß 5 zur Gewinnung von Vektordaten.
Die repräsentativen
Meßdaten
enthalten S-Parameter, die zur Fehlerkorrektur unter Einsatz der
genannten Fehlerkorrekturdaten im Speicher des Netzwerkanalysators
gespeichert werden.
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Die
fehlerkorrigierten Meßdaten
werden im Schritt S3 der Impedanz-Umwandlung unterzogen. In diesem
Verfahrensschritt werden die ermittelten Meßdaten auf 50-Ohm-Basis in Daten einer
der Impedanz des Mehrkanalbauteilprüflings angepaßten Impedanz
umgewandelt. Daraufhin wird im Schritt S4 die Nichtabgleich/Abgleich- Umwandlung durchgeführt. Durch
diesen Verfahrensschritt werden die durch das Verbinden der Ausgabeanschlüsse des
Bauteilfprüflings
mit den nicht abgeglichenen Anschlüssen ermittelten Meßdaten in
die den Eigenschaften entsprechenden Ausgangsdaten zwischen den
abgeglichenen Anschlüssen
des Mehrkanalbauteilprüflings
umgewandelt. Die Reihenfolge dieser Verfahrensschritte, d.h. die
Frage, ob zuerst die Impedanz-Umwandlung oder die Nichtabgleich/Abgleich-Umwandlung
vorgenommen werden soll, ist dabei nicht von Bedeutung. Die durch
diese Umwandlungsvorgänge
gewonnenen Daten werden durch den Netzwerkanalysator im Schritt
S5 angezeigt.
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Im
folgenden werden die erwähnte
Impedanz-Umwandlung sowie die Nichtabgleich/Abgleich-Umwandlung
näher erläutert. In
den Schaltschemata gemäß den 7 und 8 sind die Konzepte dieser Umwandlungsvorgänge dargestellt.
Obwohl in 7 eine mit
einem Mehrkanalbauteilprüfling 40a verbundene
Kanalzahl-Umwandlungsschaltung 60 und eine entsprechende
Anpassungsschaltung 62 dargestellt sind, handelt es sich
bei diesen zusätzlichen
Schaltungen nicht um physikalische, sondern um imaginäre Schaltungen,
die nur der Verdeutlichung des Konzepts der Umwandlungsberechnung
dienen. In entsprechender Weise sind auch Kanalzahl-Umwandlungsschaltungen 60a und 60b mit
dem Mehrkanalbauteilprüfling 40 verbunden,
obwohl es sich bei diesen zusätzlichen
Schaltungen ebenfalls nicht um physikalische, sondern um imaginäre Schaltungen
handelt, die nur das Konzept der Umwandlungsberechnung verdeutlichen.
Beim Beispiel gemäß 8 handelt es sich um einen
Fall, bei dem der Mehrkanalbauteilprüfling 40b einen abgeglichenen
Eingabeanschluß und
einen abgeglichenen Ausgabeanschluß enthält.
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Ein
Beispiel für
die Impedanz-Umwandlung wird im folgenden erläutert. Wie zuvor, handelt es
sich beim Eingabeanschluß T1
des Mehrkanalbauteils 40a gemäß 7 um einen nicht abgeglichenen Eingabeanschluß T1 mit
einer Impedanz von 50 Ohm, während
zwischen den Anschlüssen
T2 und T3 ein abgeglichener 150-Ohm-Ausgabeanschluß gebildet
wird. Es wird davon ausgegangen, daß an jedem Anschluß S-Parameter
durch die mit nicht abgeglichenen 50-Ohm-Kanälen ausgestattete Mehrkanal-Prüfgruppe 50 und
den entsprechenden Netzwerkanalysator 10 gemessen werden.
In diesem Fall werden die gemessenen S-Parameter in S-Parameter
umgewandelt, wie man sie erhalten würde, wenn es sich bei den Ausgabeanschlüssen T2
und T3 um nicht abgeglichene Anschlüsse mit einer Impedanz von
75 Ohm handeln würde.
Nachdem die Umwandlung abgeschlossen ist, entspricht eine Impedanz
zwischen den Ausgabeanschlüssen
T2 und T3 der eines nicht abgeglichenen Anschlusses mit einer Impedanz
von 150 Ohm.
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Wenn
man bei einem Schaltungsnetzwerk mit n Kanälen allgemein davon ausgeht,
daß S
für eine S-Parametermatrix
mit den normierten Impedanzen Z1, Z2, ..., Zn steht, während S'' eine S-Parametermatrix mit den normierten
Impedanzen Z1'', Z2'', ... Zn'' symbolisiert,
so wird der S''-Parameter mit Hilfe
der folgenden Formel berechnet: S'' = H (I – S)–1 (D
+ SC) (C + SD)–1 (I – S) A
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In
der obigen Formel stehen A, B, C und D für die folgenden Matrizen und
I für eine
Einheitsmatrix:
B = A–1 C = H + A D = B – A -
Wenn
man nun in den obigen Gleichungen S-Parameter-Meßwerte in die Matrix S sowie
die Impedanz Z1 ... Zn vor der Umwandlung sowie die Impedanz Z1'' ... Zn'' nach
der Umwandlung einsetzt, erhält
man die S''-Parameter nach der
Impedanz-Umwandlung. Beim Beispiel gemäß 7 wird der S-Parameter S'' berechnet, indem man für Z1, Z2
und Z3 50 Ohm sowie für
Z1'' 50 Ohm und für Z2'' und Z3'' jeweils
75 Ohm einsetzt. Hierdurch erhält
man die S-Parameter für
die Ausgabeimpedanz von 150 Ohm. Bei den obigen Ausführungen handelt
es sich um ein Beispiel für
die erfindungsgemäße Impedanz-Umwandlung.
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Ein
Beispiel für
die erfindungsgemäße Abgleich/Nichtabgleich-Umwandlung
wird im folgenden erläutert.
Wie sich den
7 und
8 entnehmen läßt, entspricht
die Umwandlung der abgeglichenen Anschlüsse des Bauteilprüflings
40a bzw.
40b in
nicht abgeglichene Anschlüsse
der Umwandlung der Zahl der Anschlüsse mit Hilfe der imaginären Kanalzahl-Umwandlungsschaltungen
60,
60a und
60b.
Wenn die Anzahl der Kanäle
des Hauteilfprüflings
40a beispielsweise
drei beträgt,
wird diese Zahl von Kanälen
insgesamt durch die Kanalzahl-Umwandlungsschaltung
60 in
zwei umgewandelt. In diesem Fall wird die S-Parametermatrix des
Bauteilprüflings
40a mit
drei Kanälen
wie folgt ausgedrückt
(wobei gemäß dem obigen
Beispiel die normierte Impedanz Z1 = 50 Ohm, Z2 = 75 Ohm und Z3
= 75 Ohm beträgt):
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Die
S-Parametermatrix des Dreikanal-Schaltungsnetzwerks wird hierdurch
in die eines Zweikanal-Schaltungsnetzwerks umgewandelt (wobei gemäß dem obigen
Beispiel die normierte Impedanz Z1 = 50 Ohm, Z2 + Z3 = 150 Ohm beträgt) und
läßt sich
wie folgt ausdrücken:
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Die
S-Parameter S11'', S12'', S21'' und
S22'' in der obigen Matrix
werden wie folgt ausgedrückt:
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Durch
die Verwendung aller obigen Gleichungen läßt sich ein Dreikanal-Schaltungsnetzwerk
in ein Zweikanal-Schaltungsnetzwerk
umwandeln. Auf diese Weise erhält
man etwa beim Beispiel gemäß 7 S-Parameter zwischen den
Anschlüssen
T1 und T4. Wie beschrieben, handelt es sich bei der hier dargestellten
Kanalzahl-Umwandlungsschaltung 60 um eine imaginäre Schaltung
zur Verdeutlichung der Berechnungsformel. Außerdem handelt es sich natürlich auch
bei der Anpassungsschaltung 62 um eine imaginäre Schaltung,
die das Konzept der Durchführung
einer Impedanzanpassung durch einen Rechenvorgang verdeutlicht. Beim
Beispiel gemäß 8 ist der Mehrkanalbauteilprüfling 40b eine
Vierkanalschaltung und daher sind Kanalzahl-Umwandlungsschaltungen
sowohl an der Eingabe- als auch an der Ausgabeseite vorgesehen.
Die Impedanz-Umwandlung und die Abgleich/Nichtabgleich-Umwandlung
entsprechen in diesem Fall im wesentlichen den Umwandlungsvorgängen gemäß dem Beispiel
gemäß 7, abgesehen davon, daß die numerische Formel
hier komplexer ist.
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Wie
sich der obigen Beschreibung entnehmen läßt, ist es mit Hilfe der erfindungsgemäßen Mehrkanalbauteil-Analysevorrichtung
möglich,
genaue Messungen an einem Mehrkanalbauteilprüfling durchzuführen, bei
dem sich der Aufbau der Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse und die Impedanz vom Aufbau
und der Impedanz herkömmlicher
Bauteilprüflinge
unterscheiden. Außerdem
ist es hier möglich,
Messungen an Mehrkanalbauteilprüflingen
durchzuführen,
die einen abgeglichenen Ausgang aufweisen, ohne hierfür einen
Abgleich/Nichtabgleich-Konverter zu verwenden, und es besteht auch
die Möglichkeit,
Messungen an Mehrkanalbauteilen mit abgeglichenen Anschlüssen durchzuführen, indem
sowohl eine Mehrkanal-Prüfgruppe
als auch ein Netzwerkanalysator mit nicht abgeglichenen Eingabe-
und Ausgabekanälen
verwendet werden. Die erfindungsgemäße Mehrkanalbauteil-Analysevorrichtung
erlaubt durch den Einsatz einer Mehrkanal-Prüfgruppe und eines Netzwerkanalysators,
deren Eingabe- und Ausgabekanäle
jeweils eine bestimmte Impedanz aufweisen, außerdem die Durchführung von
Messungen an Mehrkanalbauteilen, deren Impedanz jeweils nicht derjenigen der
Prüfgruppe
und des Netzwerkanalysators entspricht.
