JP2004163395A - 多ポート通過、反射、線路較正及び測定を行なう方法及び装置 - Google Patents
多ポート通過、反射、線路較正及び測定を行なう方法及び装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】正確な較正及び測定を行う。
【解決手段】二つの基準受信器201、202及び、二つの測定チャンネル111、112及び、2N個の測定ポート103を有するベクトルネットワークアナライザ200と、高反射較正標準301が接続された場合に、各測定ポート103に対する高反射特性の測定値と、線路較正標準401に対する線路順逆方向反射及び伝送特性と、通過較正標準601に対する対向通過順逆方向反射特性及び伝送特性とを測定し記録するコマンドに応答するよう構成されているベクトルネットワークアナライザ内の回路網と、記録された測定値に基づき、方向性1901、1904と、信号源整合性1902、1905と、反射追従性1903、1906とを計算するコマンドを受容するよう構成されているプロセッサとからなる。
【選択図】 図2
【解決手段】二つの基準受信器201、202及び、二つの測定チャンネル111、112及び、2N個の測定ポート103を有するベクトルネットワークアナライザ200と、高反射較正標準301が接続された場合に、各測定ポート103に対する高反射特性の測定値と、線路較正標準401に対する線路順逆方向反射及び伝送特性と、通過較正標準601に対する対向通過順逆方向反射特性及び伝送特性とを測定し記録するコマンドに応答するよう構成されているベクトルネットワークアナライザ内の回路網と、記録された測定値に基づき、方向性1901、1904と、信号源整合性1902、1905と、反射追従性1903、1906とを計算するコマンドを受容するよう構成されているプロセッサとからなる。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多ポート通過、反射、線路較正及び測定を行なう方法と装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ベクトルネットワークアナライザ(VNA)は、ある周波数帯域より上の周波数帯で電気デバイスの挙動を特徴付けるのに使用される。不整合と漏洩のために、VNAを較正せずに高周波において被測定デバイス(DUT)を直接測定することは現在のところできない。VNAを使用するどんな測定にも誤差が存在する。これらの測定誤差は、DUTにのみ起因する測定値の不確実性に寄与する。これらの測定誤差を定量化することによって、それらの効果、影響を測定値から数学的に取り除き、デバイス自体の特性パラメータを得ることができる。当業者には明らかであるように、測定誤差の定量化を良好に行なえば行なうほど、デバイス特性に対するそれらの影響をより良好に除去することができるようになる。VNAにおける測定誤差は、二つの範疇に分類することができる。すなわち、確率的誤差と系統的誤差である。確率的誤差は、雑音や温度の変動に起因する繰り返すことのない測定値の変化である。確率的誤差は予測不能であり、適切に定量化することが困難である。系統的誤差は、VNA測定装置のハードウェアにおける反復可能な測定値の変化である。系統的誤差は予測可能であり、定量化し数学的に取り除くことが可能である。系統的誤差は、デバイス特性をVNAにより測定する際に生じる不確実性の最も重要な源である。したがってVNA測定値を定量化し、そこから系統的誤差を取り除くことは有益である。従来、系統的誤差の定量化はVNA較正によって行なっていた。多数の公知の人為的較正体をVNAのポートへ接続することにより、人為的較正体を測定し、既知の結果に対し測定結果を比較し、そこで既知の較正デバイスにより測定値に対してなされた寄与からアルゴリズムを通じて系統的誤差係数を抽出することができる。既知の装置の測定値は、その後に系統的誤差係数を利用して、DUTに対してだけ帰せられる特性を数学的に抽出する。
【0003】
2ポートVNAに利用可能な多数の較正手順が存在する。較正方法は、系統的誤差係数の抽出に利用された較正標準の群に因んで命名される。より一般的な方法の幾つかは、短絡、開放、負荷、通過(「SOLT」)較正標準や、通過、反射、線路(「TRL」)較正標準や、較正標準(「電子較正」すなわち「Ecal」)として利用される一連の電子負荷を使用する。
【0004】
計測学研究における好適な方法としてはTRL較正を挙げることができる。TRL較正が好適であるのは、系統的誤差の最も正確な評価を達成することができることによる。これは、非常に精密な製造が可能である航空機規格を使用するためである。加えて、「反射」人為的較正体の反射係数の大きさを知る必要も、「線路」人為的較正体の遅延を知る必要も一切ない。製造環境におけるより良好な測定精度が、製品コスト分析用のより正確な統計モデルだけでなく製造工程制御におけるより良好なフィードバックをもたらす。研究開発環境におけるより優れた測定精度が、シミュレータに回路関連製品の挙動のより正確な予測を可能にする正確な装置モデルをもたらす。
【0005】
優先日が2000年9月18日である「多端子不平衡或いは平衡デバイスの線形特性抽出方法及び装置」(Method and Apparatus for linear Characterization of Multiterminal Single−ended or Balanced Deviced)と題する米国特許出願第10/098、040号(以下「’040特許出願」と呼ぶ)やこの仮出願に基づいて優先権主張する他の米国特許出願には、多ポートデバイスに適用可能なSOLT較正のための方法及び装置が開示されている。図1を詳細に参照すると、’040特許出願に記載された被測定デバイス101(「DUT」)に接続されている4ポートVNA 100のシステムブロック線図が図示され、そこには単一基準チャンネル102と、第1の測定チャンネル111(「A」)及び第2の測定チャンネル112(「B」)の二つの測定チャンネルとが設けられている。基準チャンネル102は、信号発生器105により生成された入射信号を、信号発生器105と信号源切替スイッチ106の間に直列に配置されている基準チャンネルサンプラ110を介してサンプリングする。信号源切替スイッチ106は、信号発生器105を第1の信号経路107又は第2の信号経路108へ接続する。信号源切替スイッチ106は、信号源切替特性インピーダンス109で信号発生器105に接続されていない信号経路107又は108を終端している。切替回路網150が、2N個の測定ポート1031〜1032Nのうちの一つに対する第1の測定チャンネル111又は第2の測定チャンネル112の接続をもたらす。切替回路網150は、’040特許出願に教示されており、この教示はここに参照として組み込むものとする。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
第1の測定チャンネル111及び第2の測定チャンネル112は、信号発生器105からの刺激に応答して、DUT 101に接続されている測定ポート103の一つから散乱反射及び伝送信号を測定する。図1の測定配列が、完全なSOLT較正測定方法論をもたらす。しかしながら、デバイスをより正確に特徴付けるための方法が必要とされている。従来技術の下では、TRL較正方法は改善された較正精度をもたらすが、これは2ポートデバイスにのみ適用可能である。したがって多ポート装置のより正確な較正及び測定用の方法と装置が必要とされている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
ベクトルネットワークアナライザ(「VNA」)の測定経路を較正する方法は、少なくとも二つの基準受信器と、Nを整数としたときに全部で2N個の測定ポートとを有するベクトルネットワークアナライザを提供するステップを含む。高反射較正標準が各測定ポートに提供され、VNAが各測定ポートごとに反射特性を測定する。線路較正標準が、測定ポートのN個の対向対間に提供される。さらにVNAが、測定ポートのN個の対向対のそれぞれについて順逆方向の反射及び伝送特性を測定する。通過較正標準が、N個の対向対のそれぞれの間に提供され、N個の対向対のそれぞれについて順方向と逆方向の反射及び伝送特性が測定される。
さらに本方法は、各測定ポートごとに方向性と信号源整合性と反射追従誤差係数を計算する。
【0008】
ベクトルネットワークアナライザ(「VNA」)の測定経路較正装置は、少なくとも二つの基準受信器と、二つの測定チャンネルと、Nを整数としたときに全部で2N個の測定ポートとを有するベクトルネットワークアナライザからなる。さらにこのシステムは、高反射較正標準が各測定ポートに接続されたときの各測定ポートに対する高反射特性と、線路較正標準が対向対間に接続されたときの測定ポートのN個の対向対のそれぞれに対する線路順方向及び線路逆方向の反射及び伝送特性と、通過較正標準が対向対間に接続されたときの測定ポートのN個の対向対のそれぞれに対する対向通過順方向及び対向通過逆方向の反射及び伝送特性と、通過較正標準が非対向対間に接続されたときの測定ポートのN−1個の非対向対のそれぞれに対する非対向通過順方向及び非対向通過逆方向の反射及び伝送特性を測定し記録する手段を備える。さらにこのシステムは、高反射特性と、線路順方向及び線路逆方向の反射及び伝送特性と、通過順方向及び通過逆方向の反射及び伝送特性と、N個の対向対とN−1個の非対向対のそれぞれに対する順方向伝送追従性及び逆方向伝送追従性に基づき、測定ポートのそれぞれに対する方向性と信号源整合性と反射追従性を計算する手段を備える。
【0009】
【発明の実施の形態】
図2を詳細に参照すると、図2は、第1の基準チャンネル201及び第2の基準チャンネル202をそれぞれ備え、第1の基準チャンネルサンプラ110及び第2の基準チャンネルサンプラ210をそれぞれ備える4ポートVNA 200のシステムブロック線図を示す。図2に示す測定配列では、具体例におけるサンプラ110、210はブリッジすなわち方向性カプラである。基準チャンネルサンプラ110、210は、信号切替スイッチ106の信号発生器105とは反対側の第1の信号経路107及び第2の信号経路108上に配置されている。サンプラ110、210は、それぞれ第1の基準チャンネル201及び第2の基準チャンネル202による測定に対して第1の信号経路107及び第2の信号経路108上に出現する信号の小さな予測可能部分を一方向において抽出する。サンプリングした部分は、信号経路107、108上の信号レベルに対し通常−10 dB〜−20 dBである。信号源切替スイッチ106が、信号発生器105を第1の信号経路107へ接続し、かつ信号切替スイッチ終端負荷109を第2の信号経路108へ接続するか、或いは信号発生器105を第2の信号経路108へ接続し、かつ信号切替スイッチ終端負荷109を第1の信号経路107へ接続するかのいずれかを行なう。
特定の実施形態では、信号切替スイッチ106に対して2個のスイッチ部分だけが存在する。
【0010】
多ポートDUT 101を測定するシステムは、DUTのポートと同数の測定ポート1031〜1032Nを有する。図面に示す例は、測定ポート1031、1032、1033、1034に接続されている4ポートDUT 101を含む。しかしながら本発明の教示は、5以上のデバイス接続を有するDUT測定用の多ポート測定配列に適用することができる。切替回路網150は、各測定ポート1031〜1032Nを第1の信号経路107又は第2の信号経路108か、又は局部終端インピーダンス1041〜1042Nへ接続できるようにしてある。幾つかの切替回路網構成が、測定ポート103の一つを第1の信号経路107へ接続し、又は/及び測定ポート103の異なる一つを第2の信号経路108へ接続し、その一方で残る信号経路は局部終端インピーダンス104で終端される。切替回路網150はまた、例示実施形態において、サンプリングアーム113とサンプリングアーム1131〜1134を有する。サンプリングアーム1131〜1134は、それぞれの測定ポート103に出現する信号レベルの小さな予測可能な部分をサンプリングするサンプラ114を含む。サンプラ113は、それぞれの測定ポート103上に出現する信号レベルから−10 dB〜−20 dBの間の何れかの信号レベルを取るカプラ又はブリッジとすることができる。本教示による具体的実施形態では、測定ポート103からサンプリングされた部分は信号経路107、108からサンプリングされたものと実質上同一部分である。さらにサンプリングされた信号は、それぞれのサンプリングスイッチ115を介して第1の測定チャンネル111及び第2の測定チャンネル112に接続されるか、又はサンプリングアーム終端負荷116に接続される。この構成の切替回路網150は、測定ポート103からの反射経路を第1の測定チャンネル111及び第2の測定チャンネル112の一方へ接続し、その一方で局部サンプリングアーム終端インピーダンス116内の測定チャンネルへ接続されていない測定ポート103からの反射経路を終端する。
【0011】
本発明の教示による方法では、2N個のデバイス接続を有する多ポートDUT上でのTRL較正は、先ず測定ポートのN個の対向対のそれぞれに従来の2ポートTRL較正を実行することで行なわれる。ユーザは、全ての測定ポート103を二つの測定ポート103のグループでもって表現することによりN個の対向対を画定する。
ここで、対向対内の第1のポートは第1の測定チャンネル111へ接続可能であり、対向対内の第2のポートは第2の測定チャンネル112へ接続可能である。一例として、2N個の測定ポートが存在する場合、測定ポートの対向対は測定ポート1031及び103N+1、測定ポート1032及び103N+2、以下同様に測定ポート103N及び1032Nまで続く。ここでは、測定ポート1031〜103Nが第1の測定チャンネル111へ接続可能であり、測定ポート103N+1〜1032Nが第2の測定チャンネル112へ接続可能である。
【0012】
さらに本発明の教示による方法によれば、2NポートDUTについて測定ポート103のN−1個の非対向対上で通過測定が実施される。N−1個の非対向対は、測定ポートの対向対の集合で表わされない二つの測定ポート103のグループとして画定され、ここでは非対向対における第1の測定ポートが第1の測定チャンネル111へ接続可能であり、非対向対における第2の測定ポートが第2の測定チャンネル112へ接続可能である。例示する実施形態では、二つの対向対が存在する。
すなわち、測定ポート1031及び1033からなる第1の対向対と、測定ポート1032及び1034からなる第2の対向対である。また具体例では、二つの非対向対が存在する。すなわち、測定ポート1031及び1034からなる第1の非対向対と、測定ポート1032及び1033からなる第2の非対向対である。
【0013】
図3を詳細に参照すると、図3は、第1の測定チャンネル111へ接続可能な第1の対向対の測定ポート103に接続されている高反射較正標準301(「反射301」)を示す。例示する実施形態では、こ反射301は測定ポート1031に接続されている。さらに切替回路網150は、測定ポート1031が第1の信号経路107に接続され、かつ対応するサンプリングアーム1131が第1の測定チャンネル111に接続されるように設定されている。残りの全ての未使用測定ポート1032、1033、1034は、それらのそれぞれの局部終端負荷104で終端され、残りのサンプリングアーム113はそれぞれサンプリングアーム終端負荷1162、1163、1164に接続されている。当業者には明らかなことであるが、測定ポート1031の測定に関して、第1の測定チャンネル111へ接続可能なこれらの測定ポート103を特性インピーダンスにて終端する切替回路網構成だけが結果に対して重要である。切替回路網150を構成するスイッチの絶縁は十分に高いので、第2の測定チャンネル112へ接続可能な測定ポート103は、高反射測定では、目立たないものとなる。反射301は未知の大きさを有することがあるが、その位相特性は既知でなければならない。さらに信号発生器105は、オペレータがプログラムした所望の周波数範囲にわたって掃引され、その範囲にある特定の周波数において測定がなされる。周波数掃引の間、VNA 200は、第1の周波数受信器201において、測定信号レベルに対する第1の測定チャンネル111における測定信号レベルの比を測定して保存する。得られた比は、周波数依存反射係数であり、ここでは測定ポート1031に関する高反射特性
Areflect_1/R1reflect_1
と呼ぶ。
【0014】
図4を詳細に参照すると、同じ反射301が測定ポート1031から切断され、第1の対向対内の残る測定ポート、すなわち具体例における測定ポート1033へ接続されている。さらに切替回路網150は、測定ポート1033が第2の信号経路108内にあるように構成され、第1の信号経路107が特性インピーダンス109で終端され、サンプリングアーム1133が第2の測定ポート112に接続されている。第2の測定ポート112へ接続可能な未使用測定ポート103、すなわち具体例における測定ポート1034は、切替回路網150内で局部特性インピーダンス104で終端されている。未使用測定ポート103のサンプリングアーム113も、それぞれのサンプリングアーム終端負荷116で終端されている。信号発生器105が、測定ポート1031の反射測定におけるのと同一の所望周波数範囲にわたって掃引される信号で第2の信号経路108を刺激する。VNA 200が、第2の基準受信器202に出現する第2の信号経路108の測定信号レベルに対する第2の測定チャンネル112における測定信号レベルの比
Breflect_3/R2reflect_3
を測定して保存し、周波数依存反射信号レベル配列をもたらし、ここではこれを測定ポート1033に関する高反射特性と呼ぶ。
【0015】
図5を詳細に参照すると、図5は、較正処理における次のステップにおいて、低損失遅延線路較正標準401(「線路401」)を、第1の対向対、すなわち図示する例では測定ポート1031及び測定ポート1033の間に接続することを示している。好適な実施形態では、線路401は空気線路、すなわち一般に計測学研究において使用されている空気誘電体を有する遅延線である。オンウェーハ測定では、遅延線が使用されている。線路401の遅延は未知であるが、線路401の物理的寸法は較正周波数の範囲に関係している。所望であればより広範囲の周波数範囲をカバーするのに、追加の遅延線較正標準を使用することができる。線路401の遅延は、最低の特定周波数における約20度の位相のずれよりも大きくかつ最高の特定周波数における約160度の位相のずれよりも小さい範囲に区切られた周波数範囲にわたって画定されている。約500 MHz及びそれ以下の周波数では、同軸空気線路の寸法は非常に大きくなり、実用的ではなくなる。この場合、図6を詳細に参照すると、二つの高品位整合負荷501(「整合負荷501」)が対向対の各測定ポート103に接続されている。整合負荷501は最低VNA周波数まで下る周波数範囲内でのVNAの較正に用いられる。線路401と整合負荷501の結果得られた較正値は異なるが、測定比を利用するアルゴリズム化公式は同一である。
【0016】
線路401を測定する図5を詳細に参照すると、切替スイッチ106は、信号発生器105が第1の信号経路107を刺激し、第2の信号経路108が特性インピーダンス109で終端されるように設定されている。切替回路網150は、測定ポート1031が第1の信号経路107から刺激信号を受容し、サンプリングアーム1131からの信号が第1の測定ポート111に出現するように構成されている。さらに切替回路網150は、測定ポート1033が第2の信号経路108を介して切替スイッチ特性インピーダンス109で終端され、伝送信号がサンプリングアーム1133を介して第2の測定ポート112へ出現するように構成されている。信号発生器105が所望の周波数範囲を掃引し、VNA 200が第1の測定チャンネル111及び第2の測定チャンネル112と、第1の基準受信器201及び第2の基準受信器202からの信号レベルを測定し、その結果をデータ配列に保存する。明確さと整合性だけを目的に、信号発生器105を第1の信号経路107へ接続すると、得られる全ての測定値は順方向測定値と見なされる。したがって順方向線路401からなる測定値は、データ配列
Af_line_13
Bf_line_13
R1f_line_13
R2f_line_13
として表わされ、ここで、各配列は所望の周波数範囲に沿う特定の周波数における一連の測定点からなる。
【0017】
さらに切替スイッチ106は、信号発生器105が第2の信号経路108を刺激し、第1の信号経路107が切替スイッチ特性インピーダンス109で終端されるように再構成(図面には示していない)されている。切替回路網150の構成は順方向測定から変更していない。信号発生器105が所望の周波数範囲を再び掃引し、VNA 200が第1の測定チャンネル111及び第2の測定チャンネル112と、第1の基準受信器201及び第2の基準受信器202からの信号レベルを測定し、それらをデータ配列内に保存する。明確さと整合性だけを目的に、信号発生器105が第2の信号経路108へ接続されたときに、結果得られる測定値は全て逆方向測定値と見なされる。したがって逆方向線路401からなる測定値は、データ配列
Ar_line_13
Br_line_13
R1r_line_13
R2r_line_13
として表わされ、ここで、各配列は所望の周波数範囲に沿う特定の周波数における一連の測定点からなる。
【0018】
より広範な周波数範囲が必要な場合は、特定の実施形態では、異なる周波数帯をカバーする異なる空気線路を利用して、第1の対向対、すなわち測定ポート1031、1033にて同じ測定手順が実行される。加えて、図6に示す整合負荷501は、空気線路較正標準にとって実用的であるという以上に、より低い周波数で測定を行なうために、完全な整合を有する高損失線路を刺激するのに利用することができる。整合負荷、より高い周波数における整合の品位、所望の周波数範囲によって、整合負荷を空気線路較正標準に代えて使用することもできる。適切な較正標準を利用して、新規の測定が異なる周波数範囲で行なわれるので、その結果は、特定の刺激信号周波数に対応する各データ点を順方向及び逆方向配列に保存する。したがって較正周波数帯は、単一の空気線路較正標準をもって可能な周波数を超える周波数へ拡張することができる。
【0019】
図7を詳細に参照すると、図7は、較正処理の次のステップにおいて、通過較正標準601(「通過601」)を、例示する実施形態では、第1の対向対、すなわち測定ポート1031及び測定ポート1033の間に接続することを示す。通過601は長さ零又は零以外の長さを有する。どちらの場合も、通過601の電気的長さは既知の値でなければならない。オンウェーハ測定については、高品位零通過較正標準を得ることができない。したがってオンウェーハ測定については、非零通過較正標準が使用される。
【0020】
通過601を測定するため、信号発生器105が第1の信号経路107を刺激し、第2の信号経路108が切替スイッチ特性インピーダンス109で終端されるように切替スイッチ106が設定される。切替回路網150は、測定ポート1031が第1の信号経路107から刺激信号を受容し、サンプリングアーム1131が第1の測定ポート111へ接続されるように構成される。さらに切替回路網150は、測定ポート1033を第2の信号経路108を介して切替スイッチ特性インピーダンス109で終端し、サンプリングアーム1133が第2の測定ポート112へ接続されるように構成されている。未使用測定ポート103は、特定の実施形態では第2の対向対の測定ポート、すなわち測定ポート1032と測定ポート1034からなるが、それぞれ局部特性インピーダンス1042、1044で終端されている。サンプリングアーム1132、1134もまた、局部サンプリングアーム終端負荷1162、1164で終端されている。信号発生器105が所望周波数範囲を掃引し、VNA 200が、第1の測定チャンネル111及び第2の測定チャンネル112と、第1の基準受信器201及び第2の基準受信器202からの信号レベルを測定し、その結果をメモリに保存する。開示目的に使用する表記にしたがえば、信号発生器105が第1の信号経路107に接続されているので、得られた結果は順方向測定値と見なされる。したがって順方向の通過601からなる測定値は、配列
Af13_thru
Bf13_thru
R1f13_thru
R2f13_thru
として表わされる。ここで、各配列は、所望の周波数範囲に沿う特定の周波数における一連の測定点からなる。
【0021】
さらに切替スイッチ106は、信号発生器105が第2の信号経路108を刺激し、第1の信号経路が切替スイッチ特性インピーダンス109で終端されるように設定される(図示せず)。切替回路網150は切り替えられていない。信号発生器105は再度所望の周波数範囲を掃引し、VNA 200が、第1の測定チャンネル111及び第2の測定チャンネル112と、第1の受信器201及び第2の受信器202からの信号レベルを測定し、それらをメモリに保存する。信号発生器105が第2の信号経路108に接続されているため、結果得られる測定値は逆方向測定値と見なされる。したがって逆方向の通過601からなる測定値は、配列
Ar13_thru
Br13_thru
R1r13_thru
R2r13_thru
として表わされる。ここで、各配列は、所望の周波数範囲に沿う特定の周波数における一連の測定点からなる。
【0022】
図8を詳細に参照すると、依然として通過601が接続されており、切替スイッチ106が、信号発生器105が第1の信号経路107内にあり、第2の信号経路108が特性インピーダンス109で終端されるように構成されている。第1の対向対の測定が依然としてなされる。したがって切替回路網150は、測定ポート1031が第1の信号経路107に接続され、対応するサンプリングアーム1131が第1の測定チャンネル111に接続されるように構成されている。第1の測定チャンネル111に接続可能な、残る未使用の測定ポート103、すなわち具体例における測定ポート1032は、対応する局部特性インピーダンス104、すなわち具体例における局部特性インピーダンス1042で終端されている。加えて、未使用測定ポート1032のサンプリングアーム1132は、局部サンプリングアーム特性インピーダンス1162で終端されている。さらに切替回路網150は、第1の対向対において第2の測定チャンネル112へ接続可能な測定ポート、具体的には測定ポート1033が、対応する局部特性インピーダンス、具体例における局部特性インピーダンス1043で終端され、かつ対応するサンプリングアーム1133が第2の測定チャンネル112に接続されるように構成されている。測定されない対向対の測定ポート103もまた局部特性インピーダンス、すなわち具体例における局部特性インピーダンス1042、1044で終端され、それぞれのサンプリングアーム1132及び1134が局部サンプリングアーム終端負荷1162及び1164で終端されている。信号発生器105は、再度所望の周波数範囲にわたって、その範囲内の各周波数点について掃引され、VNA 200は、刺激に対する反射応答の比と、終端された通過601の刺激に対する伝送応答の比を測定し、そのデータを下記の配列に保存する。
Af13_termthru/R1f13_termthru
Bf13_termthru/R1f13_termthru
【0023】
図9を詳細に参照すると、通過601は依然として第1の対向対の測定ポート103間に接続され、さらに切替スイッチ106が、信号発生器105が第2の信号経路108内にあり、第1の信号経路107が特性インピーダンス109で終端されるように再構成されている。切替回路網150もまた、第2の測定チャンネル112に接続可能な第1の対向対内の測定ポート103、すなわち例示においては測定ポート1033が第2の信号経路108に接続され、対応するサンプリングアーム1133が第2の測定チャンネル112に接続されるように再構成されている。第1の測定チャンネル111に接続可能な第1の対向対内の測定ポート103、すなわち例示においては測定ポート1031は、対応する局部特性インピーダンス1041で終端され、対応するサンプリングアーム1131は第1の測定チャンネル111に接続されている。測定されない対向対の測定ポート103は、例示においては、それらの対応する特性インピーダンス1042、1044で局部的に終端されている。加えて、未使用の測定ポート103のサンプリングアーム113、すなわち例示におけるサンプリングアーム1132及び1134は、それらのそれぞれの局部サンプリングアーム終端負荷1162及び1164で終端されている。信号発生器105が、所望の周波数範囲を介して、その範囲内の各周波数点について掃引され、VNA 200が、基準チャンネル201において測定された刺激信号の信号レベルに対する終端された通過601の反射応答の信号レベルの比と、刺激信号の信号レベルに対する終端された通過601の伝送応答の信号レベルの比を測定する。測定値
Ar13_termthru/R1r13_termthru
Br13_termthru/R2r13_termthru
はデータ配列に保存される。
【0024】
図10〜16を詳細に参照すると、図3〜9を参照して説明した同じ較正ステップ及び測定が、第2の対向対、すなわち例示における測定ポート1032及び測定ポート1034からなる測定ポートに対して実行される。したがって、第2の対向対についての処理を通じて収集された生成データを測定し、データ配列
Areflect_2
R1reflect_2
Breflect_4
R2reflect_4
Af24_line
Bf24_line
R1f24_line
R2f24_line
Ar24_line
Br24_line
R1r24_line
R2r24_line
Af24_thru
Bf24_thru
R1f24_thru
R2f24_thru
Ar24_thru
Br24_thru
R1r24_thru
R2r24_thru
Af24_termthru/R1f24_termthru
Bf24_termthru/R1f24_termthru
Br24_termthru/R2r24_termthru
Ar24_termthru/R2r24_termthru
に保存する。ここで、全てのデータ配列は、所望周波数範囲内で測定した各周波数ごとに単一の測定点を有する。その範囲沿いに同じ周波数点を測定して、各配列が各周波数点ごとに測定値を有するようにすることが最良の実施である。しかしながら、周波数値が所望周波数範囲内の最低測定周波数と最高測定周波数の間にあり、かつ測定周波数間の間隔が十分に小さくどんな共振も含むDUTを完全に特徴付けることができる限り、特定周波数値に対する値を得るべくデータを内挿補間することが受け入れられる。より広範囲の周波数範囲を得るのに複数線路較正標準を利用する場合、VNA 200が採取した測定値は、対象とする周波数範囲に沿う各周波数ごとに成分を有するより大きな配列内の適切な配列成分に保存される。したがって、較正標準を接続し測定を行なう複数のステップを実行し、単一データ配列を完全に埋めることができる。
【0025】
本発明の一実施形態の一態様による多ポート較正では、図3〜9に記載したのと同じ較正ステップと測定を、全ての対向対の測定ポートに対して実施する。2N個のポートを有するDUTに関する対向対群の一般的記述には、mが1からNの整数群で、対向対が測定ポート103mと測定ポート103N+mである集合が含まれる。各対向対の測定値は、本発明の教示によるシステムの一実施形態に記憶されて保存される22個のデータ配列をもたらす。
【0026】
図17を詳細に参照すると、図17は、処理の次のステップにおいて、通過601が、例示する実施形態における測定ポート1031と測定ポート1034からなる測定ポートの第1の非対向対間に接続されることを示している。信号切替スイッチ106は、信号発生器105が第1の信号経路107を刺激し、第2の信号経路108が特性インピーダンス109で終端されるように構成されている。切替回路網150は、第1の測定チャンネル111に接続可能な第1の非対向対の測定ポート103、すなわち例示においては測定ポート1031が第1の信号経路107へ接続され、対応するサンプリングアーム1131が第1の測定チャンネル111に接続されるように構成されている。さらに切替回路網150は、第2の測定チャンネル112に接続可能な第1の非対向対の測定ポート103、すなわち例示においては測定ポート1034が対応する終端負荷1044で終端され、対応するサンプリングアーム1134が第2の測定チャンネル112に接続されるように構成されている。全ての未使用測定ポート、すなわち具体例では測定ポート1032と測定ポート1033がそれぞれの対応する局部終端負荷1042及び1043で終端され、それらのそれぞれのサンプリングアーム1132及び1134がそれぞれの対応する局部サンプリングアーム終端負荷1162及び1163で終端されている。さらに信号発生器105が所望周波数範囲にわたって掃引され、第1の基準受信器201における信号レベルに対する第1の測定チャンネル111の信号レベルの比が測定され、追加のデータ配列
Af14_thruterm/R1f14_thruterm
Bf14_thruterm/R1f14_thruterm
として保存される。
【0027】
さらに、切替スイッチ106は、信号発生器105が第2の信号経路108を刺激し、第1の信号経路107が特性インピーダンス109で終端されるように再構成(図示せず)される。切替回路網150は、第1の測定チャンネル111に接続可能な第1の非対向対における測定ポート、すなわち測定ポート1031が局部終端負荷1041で終端されるように構成される。第2の測定チャンネル112へ接続可能な第1の非対向対における測定ポート、すなわち例示の測定ポート1034が第2の信号経路108へ接続されている。さらに信号発生器105が所望周波数範囲にわたって掃引され、第2の基準受信器202の信号レベルに対する第2の測定チャンネル112の信号レベルの比が測定され、追加配列
Ar14_thruterm/R2r14_thruterm
Br14_thruterm/R2r14_thruterm
として保存される。
【0028】
同様に、かつ図18を詳細に参照すると、図18は、第1の非対向対、すなわち例示における測定ポート1031と測定ポート1034に対してなされたのと同じ測定及び保存ステップを、第2の非対向対、すなわち例示する測定ポート1032と測定ポート1033に対し行なうことを示している。簡単に言えば、通過601が第2の非対向対の測定ポート103間に接続される。第1のステップにおいて、通過601は局部終端インピーダンス1043で終端され、順方向に刺激され、その一方で第1の基準受信器201に対する第1の測定チャンネル111に出現する信号レベルの比が測定されて保存され、第1の基準受信器201に対する第2の測定チャンネル112に出現する信号レベルの比が測定されて保存され、周波数依存データ配列
Af23_thruterm/R1f23_thruterm
Bf23_thruterm/R1f23_thruterm
が得られる。続いて切替回路網150が、信号発生器105が第2の信号経路108を刺激し、第2の測定チャンネル112へ接続可能な非対向対の測定ポート103が第2の信号経路108へ接続され、第1の測定チャンネル111へ接続可能な非対向対の測定ポート103が局部終端負荷104で終端されるように再構成される(図示せず)。信号発生器105が所望の周波数範囲にわたって掃引され、比が測定されて保存され、周波数依存配列
Ar23_thruterm/R2r23_thruterm
Br23_thruterm/R2r23_thruterm
が得られる。
【0029】
本発明の教示による方法の多ポート実施形態において、測定ポート103の各対向対と各非対向対について追加の同様の測定値を採取する。
【0030】
図19を詳細に参照すると、図19は、VNA 200の全ての第1のポートと全ての第2のポートの間のTRL較正フローグラフを示す。多ポート実施形態は、X誤差アダプタ1910に関する方向性1901と信号源整合性1902と反射追従誤差係数1903及び、Y誤差アダプタ1920に関する方向性1904と信号源整合性1905と反射追従誤差係数1906を表わす別個の較正フローグラフを有する。本教示による方法の一実施形態では、各対向対についてX誤差アダプタ1910とY誤差アダプタ1920が画定される。フローグラフは、対向対内の第1の測定ポート103に対する人為的誤差に対応するX誤差アダプタ1910に対するSパラメータ行列Sxと、対向対内の第2の測定ポート103に対する人為的誤差に対応するY誤差アダプタ1920に対するSパラメータ行列Syを表わす。
【0031】
Sパラメータ行列Sactは、X誤差アダプタ及びY誤差アダプタが寄与しない実際の較正標準のSパラメータを表わす。X誤差アダプタのSパラメータ行列は、以下の公知の変換を利用してTパラメータとして表わすことができる。ここで、DUT 101を見たときにポート1は左、ポート2は右にある。
【0032】
【数1】
【0033】
したがって、行列SxはTxとして表わされる対応Tパラメータへ変換することができる。行列Tact_thruがまさしく通過601のTパラメータを表わし、行列Tmeas_thruがX誤差アダプタ及びY誤差アダプタに関連して測定された通過601のTパラメータを表わすものとすると、さらに以下の関係が真となる。
TxTact_thruTy=Tmeas_thru (2)
同様に、行列Tact_lineがまさしく線路401のTパラメータを表わし、行列Tmeas_lineがX誤差アダプタ及びY誤差アダプタに関連して測定された線路401のTパラメータを表わすものとすると、さらに以下の関係
TxTact_lineTy=Tmeas_line (3)
が真となる。
以下の関係
Tact_x=Tact_lineTact_thru −1 (4)
及び
Tmeas_x=Tmeas_lineTmeas_thru −1 (5)
を定義すると、さらに下記の式
TxTact_x=Tmeas_xTx (6)
を書き表わすことができる。
通過601及び線路401は、それぞれ完全に整合しているものと仮定される。したがって実際のそれぞれのSパラメータ行列のそれらの反射係数の値は零に設定されている。通過601が、長さが零ではない非零長の伝送係数を有する場合、S21_thru=S12_thruによって画定される。線路401は、S21_line=S12_lineにより画定される伝送係数を有する。したがって式(4)からTact_xは、
【0034】
【数2】
【0035】
として表わされる。
終端されていない通過601と線路401の測定値が、それぞれ測定保存結果の8個の周波数依存配列をもたらす。4個の通過順方向反射及び伝送配列と、4個の通過逆方向反射及び伝送配列が存在する。通過601に関する測定データの配列は、Sパラメータ領域のアルゴリズム化公式に利用され、Tmeas_xの計算に先立って、信号切替スイッチ106の存在を補償する。Smeas_line及びSmeas_thruは、共に以下の公式により補正される。
【0036】
【数3】
【0037】
ここで、Af、Bf、R1f、R2fは生の順方向測定データ、すなわち信号切替スイッチ106が信号発生器105を第1の信号経路107へ導くときのデータであり、Ar、Br、R1r、R2rは生の逆方向測定データ、すなわち信号切替スイッチ106が信号発生器105を第2の信号経路108へ導くときのデータである。
【0038】
ここで、第1の対向対、すなわち測定ポート1031及び1033の測定値に言及すると、第1の対向対に対するX誤差アダプタ及びY誤差アダプタの縦列合成にて測定された通過601の補正されたSパラメータ行列は、ここではSmeas13_thru_correctedとして表わされる。式(8)に示す補正公式は、配列Af13_thru、Bf13_thru、R1f13_thru、R2f13_thru、Ar13_thru、Br13_thru、R1r13_thru、R2r13_thruを利用して、Smeas13_thru_correctedを計算する。Smeas13_thru_corrected行列を式(1)を利用して、対応するTパラメータへ変換すると、行列Tmeas13_thru_correctedが得られる。第1の対向対に対するSmeas13_line_correctedを得るために、式(8)に示す補正公式は配列Af13_line、Bf13_line、R1f13_line、R2f13_line、Ar13_line、Br13_line、R1r13_line、R2r13_lineを利用する。補正された行列Smeas13_line_correctedを対応するTパラメータへ変換することによって、行列Tmeas13_line_correctedが得られる。Tmeas13_thru_corrected行列及びTmeas13_line_corrected行列を式(4)及び(5)に利用して、Tact_xとTmeas_xを計算する。
【0039】
ここで、一般的な場合を参照すると、TxがX誤差アダプタに対するTパラメータ行列であり、次の行列成分によって画定される。
【0040】
【数4】
【0041】
Tmeas_xもまたその行列成分により画定され、
【0042】
【数5】
【0043】
として表わされる。式(5)から、Tmeas13_xとして表わされる測定ポート1031及び1033に対するTmeas_xが、Tmeas13_thru_corrected行列及びTmeas13_line_corrected行列を利用して計算される。したがって、
Tmeas13_x=Tmeas13_line_correctedTmeas13_thru_corrected −1
となる。
【0044】
式(4)の関係を利用して、式(6)内の項を置き換えて、S21_thru/S21_lineの項を排除することにより、以下の一般式
【0045】
【数6】
【0046】
及び
【0047】
【数7】
【0048】
を書き表わすことができる。
TパラメータのSパラメータへの変換に基づき、対応Sパラメータ誤差アダプタ行列に関してTx21/Tx11及びTx22/Tx12は、
Tx21/Tx11=Sx11=B (13)
及び
Tx22/Tx12=Sx11−(Sx12Sx21/Sx22)=A (14)
のように表わされる。
当業者は、式(11)及び式(12)が等価であることを理解することができるであろう。その解には平方根が含まれるため、可能な数学的な解が二つ存在する。
Bにより画定される小さな方の数値解は、誤差アダプタXの方向性誤差係数1901に対応する。Aにより画定される大きな方の数値解は、信号源整合性1902と反射追従性、反射追従性1903の数学的組み合わせとなる。
【0049】
上述の如く、約500 MHz以下の周波数では、線路401の寸法は非常に大きく、非実用的なものとなる。方向性1901及びより低い周波数に対するAにより表わされる解の計算には、線路601の代わりに二つの高品位整合負荷501から採取した測定値が利用される。整合負荷501が測定ポートに完全に整合し、零反射係数を有することを仮定している。式(5)〜(14)に示す同じアルゴリズム化公式を利用する。二つの整合負荷からの測定結果の使用を理解するため、通過601がS21thru=S12thruにより画定される非零長伝送係数を有することに注意する。整合負荷501は、S21load=S12loadにより画定される伝送絶縁係数を有する。整合負荷501間の高い絶縁性のために、S21loadの値は零に近くなる。したがってSパラメータのTパラメータへの変換における零による除算の曖昧さを避けるために、S21loadは10− 10のような非常に小さいが零ではない値、非零値に設定される。このことから、より低い周波数におけるTact_xを計算することができ、下式により与えられる。
【0050】
【数8】
【0051】
先に示したように、式(4)及び(5)を利用することによって、結果を式(6)に代入し、S21_thru/10− 10の項を排除することで、式(11)及び(12)を導く。整合負荷501からのSパラメータを式(8)を利用して補正し、Smeas13_load_correctedを得て、さらに、これを式(1)を用いて変換し、Tmeas13_load_correctedを得る。Tmeas13_load_correctedの項は、線路401の測定項に代えてTmeas13_xの計算に利用される。したがって式(11)及び(12)における計算は、線路401に対するものと同一となる。
【0052】
同様の処理が、誤差アダプタYにおける項の計算に対して実施される。式(2)及び(3)から始め、以下の関係を画定する。
Tact_y=Tact_thru −1Tact_line (16)
及び
Tmeas_y=Tmeas_thru −1Tmeas_line (17)
さらに次式を書き表わすことができる。
Tact_yTy=TyTmeas_y (18)
【0053】
図19を詳細に参照すると、DUT 101を見たときに、ポート1が右側でポート2が左側である場合の、Sパラメータによる誤差アダプタYに関するTパラメータ行列についての既知の変換は、下記となる。
【0054】
【数9】
【0055】
したがって、行列SyはTyで表わされる対応Tパラメータへ変換される。Tmeas13_thru_corrected行列及びTmeas13_line_corrected行列は既に計算され、下記のTmeas13_yの計算用に式(17)で利用される。
【0056】
【数10】
【0057】
式(18)を利用して、この関係を式(16)及び(17)に代入し、S21thru /S21lineの項を排除することにより、第1の対向対に対する次式を書き表わすことができる。
【0058】
【数11】
【0059】
及び
【0060】
【数12】
【0061】
式(19)から、誤差アダプタYに対するSパラメータの対応に関して、Ty12/Ty11、Ty22/Ty21は下式により与えられる。
Ty12/Ty11=−Sy11=D (23)
及び
Ty22/Ty21=(Sy12Sy21/Sy22)−Sy11=C (24)
【0062】
当業者には明らかなことであるが、式(21)及び(22)は等価であり、何故ならば平方根が二つの解を有するからである。Sy11により画定される小さな方の値、すなわち第1の解は、Y誤差アダプタの方向性誤差に対応する。Cにより画定される大きな方の値、すなわち第2の解は、Y誤差アダプタに関する誤差係数((Sy12Sy21/Sy22)−Sy11)に対応する。
【0063】
図3及び4に例示する高反射較正標準を測定する較正手順の一部を参照すると、高反射標準301が、第1の対向対の一つの測定ポート1031に接続され、同じ高反射標準301が測定ポート1031から切り離され、さらに対向対の他の測定ポート1033へ接続されている。図19を詳細に参照すると、以下の式を書き表わすことができる。
Γmeas_reflect_x=Sx11+{Sx12Sx21Γact_reflect_x/(1−Sx22Γact_reflect_x)} (25)
ここで、Γmeas_reflect_xは第1の測定チャンネルへ接続可能な測定ポート、すなわち第1の対向対の測定ポート1031における高反射標準301の測定反射係数であり、Γact_reflect_xは同じ測定ポート1031における高反射標準の実際の反射係数である。同じ高反射較正標準301が、第1の対向対の反対側のポート、すなわち具体例における測定ポート1033に接続されている。誤差アダプタYについて、以下の式を書き表わすことができる。
Γmeas_reflect_y=Sy11+{Sy12Sy21Γact_reflect_y/(1−Sy22Γact_reflect_y)} (26)
ここで、Γmeas_reflect_yは測定ポート1033における高反射標準301の測定反射係数であり、Γact_reflect_yは測定ポート1033における高反射標準の実際の反射係数である。測定ポート1031に関する高反射標準の測定反射係数についての値Γmeas_reflect_xは、以下の測定及び保存配列Areflect_1/R1reflect_1から得られる。同様に、測定ポート1033に関する高反射標準の測定反射係数についての値Γmeas_reflect_yは、以下の測定及び保存配列Breflect_3/R2reflect_3から得られる。同じ高反射標準が測定ポート1031、1033に接続されているため、式(25)のΓact_reflect_xと式(26)のΓact_reflect_yを解き、Γ項を互いに等しく設定することができる。結果得られた関係と式(13)、(14)、(23)、(24)、(25)、(26)から、以下の関係を書き表わすことができる。
Sx22=(B−Γmeas_reflect_x)(C−Γmeas_reflect_y)Sy22/(A−Γmeas_reflect_x)(D−Γmeas_reflect_y) (27)
当業者には明らかであるように、式(27)は二つの未知の項を有するが、Sy22に関してSx22の表現を可能にしている。したがって、これら二つの未知の項を解くために、他の関係が必要である。
【0064】
図7、19を詳細に参照すると、以下の式を書き表わすこともできる。
Γmeas_thru11=Sx11+{Sx12Sx21Sy22/(1−Sx22Sy22)}
(28)
ここで、Γmeas_thru11は第1の測定チャンネル111へ接続可能な第1の対向対の測定ポートに関するAf13_thru/R1f13_thruとして測定される。式(13)、(14)、(23)、(24)から、以下の式を書き表わし、Sx22を計算することができる。
【0065】
【数13】
【0066】
Sx22は、第1の測定ポート1031における信号源整合性誤差係数である。式(29)の平方根のために、Sx22には二つの解が存在する。しかしながら、高反射較正標準の偏角の近似値をとることによって、正しい選択を行なうことができる。例えば、短絡較正標準は偏角180度を有する筈であり、開回路較正標準は零度の偏角を有する筈である。値が零ではない非零通過601を利用する場合、さらに反射301の位相回転は非零通過の電気的長さから計算される。この計算から、式(29)からSx22に関する補正解が明らかとなる。したがって、短絡回路か開放回路かの反射301の種別と、非零通過の電気的長さを知らなければならない。反射301がオフセット短絡である場合には、オフセットの位相を知る必要もある。
【0067】
Sx22についての値が既知である場合、Sy22についての値は式(27)から計算することができる。Sy22は、第2の測定チャンネル112へ接続可能な測定ポート、すなわち具体例では測定ポート1033における誤差アダプタYの信号源整合誤差係数である。
【0068】
Sx22についての明確な値が既知であるため、式(13)、(14)、(29)が誤差アダプタXに関する反射追従係数の計算を可能にし、
Sx12Sx21=(B−A)Sx22 (30)
によって与えられる。
【0069】
同様に、Sy22についての明確な値と、式(23)、(24)、(27)が誤差アダプタYに関する反射追従係数の計算を可能にし、
Sy12Sy21=(D−C)Sy22 (31)
によって与えられる。
【0070】
処理におけるこの時点で、誤差アダプタXと誤差アダプタYに関する方向性と信号源整合性と反射追従性、反射追従性が画定される。X誤差アダプタは、第1の測定チャンネル111へ接続可能な測定ポート103と直列に示される人為的誤差として画定されている。同様に、Y誤差アダプタは、第2の測定チャンネル112へ接続可能な測定ポート103と直列に示される人為的誤差として画定されている。
【0071】
具体的な4ポート実施形態において、ここに記載した測定ポート1031及び1033に関する測定と計算が、測定ポート1031に関連する誤差アダプタXに対する方向性と信号源整合性と反射追従性、反射追従性と、測定ポート1033に関連する誤差アダプタYに対する方向性と信号源整合性と反射追従性、反射追従性をもたらす。測定ポート1031、1033に対して、ここに記載した同じ測定及び計算が第2の対向対に関して実施される。具体的には、測定及び計算が、測定ポート1032と1034について行なわれ、測定ポート1032に関連する誤差アダプタXに関する方向性と信号源整合性と反射追従性と、測定ポート1034に関連する誤差アダプタYに関する方向性と信号源整合性と反射追従性がもたらされる。多ポート実施形態では、各対向対に対して同じ測定と計算を実施し、第1の測定チャンネル111に接続可能な対向対の測定ポートに関連する誤差アダプタXに対する方向性と信号源整合性と反射追従性をもたらし、第2の測定チャンネル112に接続可能な対向対の測定ポートに関連する誤差アダプタYに対する方向性と信号源整合性と反射追従性をもたらす。したがって、2NポートDUT 100は、それに関連するN個の異なるX誤差アダプタとN個の異なるY誤差アダプタを有する。
【0072】
第1の対向対における具体例ではAf13_termthru/R1f13_termthru配列とBf13_termthru/R1f13_termthru配列である終端した通過601に対して行なった順方向反射及び伝送測定値を利用することによって、第2の測定チャンネル112へ接続可能な測定ポートに出現する負荷整合誤差係数と第1の対向対に関する順方向伝送追従誤差係数を解くことが可能になる。測定ポート1033に対する負荷整合ΓL3と第1の対向対に対する順方向伝送追従性τ13は、下式で与えられる。
【0073】
【数14】
【0074】
及び
τ13=(Bf13_termthru/R1f13_termthru)(1−Sx22ΓL3) (33)
【0075】
第1の対向対の具体例ではAr13_termthru/R2r13_termthru配列とBr13_termthru/R2r13_termthru配列である逆方向反射及び伝送測定値を利用することによって、第1の測定チャンネル111へ接続可能な測定ポートに出現する負荷整合誤差係数と第1の対向対に対する逆方向伝送追従誤差係数を解くことが可能である。測定ポート1031に対する負荷整合ΓL1と逆方向伝送追従係数τ31は、下式で与えられる。
【0076】
【数15】
【0077】
及び
τ31=(Ar13_termthru/R2r13_termthru)(1−Sy22ΓL1) (35)
【0078】
具体的な例示においては、第2の対向対に対する終端された通過からなる測定値を利用して、測定ポート1031及び1033について説明する式(32)〜(35)に示すのと同じアルゴリズム化公式が、測定ポート1032及び1034に適用される。
したがって第1及び第2の対向対の各測定ポートに対する方向性と信号源整合性と反射追従性と負荷整合誤差係数並びに、第1及び第2の対向対に対する順方向伝送追従誤差係数及び逆方向伝送追従誤差係数が画定される。本発明の教示による方法の多ポート実施形態では、全ての対向対の各測定ポートに対する方向性と信号源整合性と反射追従性と負荷整合誤差係数並びに、全ての対向対に対する順方向伝送追従誤差係数及び逆方向伝送追従誤差係数が同様に画定される。
【0079】
第1の非対向対すなわち測定ポート1031及び1034を利用した通過601に対する測定値を使用し、順方向伝送追従誤差係数τ14及び逆方向伝送追従誤差係数τ41が画定される。測定及び保存配列Af14_thruterm/R1f14_thruterm及びBf14_thruterm/R1f14_thrutermを式(33)と同様の式に代入し、測定及び保存配列Ar14_thruterm/R2r14_thruterm、Br14_thruterm/R2r14_thrutermを式(35)と同様の式に代入する。各測定ポート103に対する既に計算済みの負荷整合誤差係数を利用して、測定ポート1031及び1034からなる非対向対に対する順方向伝送追従性及び逆方向伝送追従性を下記の如く計算する。
τ14=(Bf14_termthru/R1f14_termthru)(1−Sx22ΓL4) (36)
及び
τ41=(Ar41_termthru/R2r41_termthru)(1−Sx22ΓL1) (37)
【0080】
同様の計算が残る非対向対に対して行なわれる。例示した具体的な実施形態では、測定及び保存配列Af23_thruterm/R1f23_thruterm、Bf23_thruterm/R1f23_thrutermが、測定ポート1032及び1033からなる非対向対に対する順方向伝送追従誤差係数の計算に利用され、測定及び保存配列Ar23_thruterm/R2r23_thruterm、Br23_thruterm/R2r23_thrutermが同じ非対向対に対する逆方向伝送追従誤差係数の計算に利用される。
【0081】
ここでは「近傍対」と呼ぶ、同じ測定チャンネル、すなわち第1の測定チャンネル111又は第2の測定チャンネル112のいずれかに接続可能な測定ポート103間の順方向伝送追従誤差係数及び逆方向伝送追従誤差係数を計算する。具体的な実施形態では、近傍対は測定ポート1031と1032、測定ポート1033と1034である。近傍対の関連する順方向伝送追従誤差係数及び逆方向伝送追従誤差係数は、τ12、τ21、τ34、τ43であり、これらは測定と計算を介して、又は純粋な計算を介してのいずれかにより画定することができる。順方向伝送追従誤差係数及び逆方向伝送追従誤差係数の純粋な計算に関する方法は、’040特許出願に教示されている。
【0082】
近傍対の両測定ポート103が第1の測定チャンネル111へ接続可能である各近傍対に対する順方向伝送追従誤差係数は、通過601を近傍対の測定ポート103間に接続し、信号発生器105を近傍対のうちの第1の測定ポート103へ接続し、サンプリングアーム113を局部終端インピーダンス116で終端することによって測定し計算される。命名することを目的として、近傍対の第1の測定ポート103を「ポートF」と呼ぶ。命名することを目的として「ポートG」と呼ぶ近傍対の他の測定ポート103は、局部終端インピーダンス104で終端され、対応するサンプリングアーム113が第1の測定チャンネル111に接続されている。VNA 200は、基準信号に対する伝送応答の比AfFG_termthru/R1fFG_termthruを測定し保存する。この比が、下記の伝送追従誤差係数式において利用される。
τFG=(AfFG_termthru/R1fFG_termthru)/(1−Sx22_portFΓportF) (38)
【0083】
近傍対の両測定ポート103が第1の測定チャンネル111へ接続可能である同じ近傍対、すなわちポートF及びポートGに対する逆方向伝送追従誤差係数は、近傍対の測定ポート103間に通過601の接続を保ち、信号発生器105を近傍対のうちの第2の測定ポート103へ接続し、サンプリングアーム113を局部終端インピーダンス116で終端することにより測定し計算される。近傍対の第1の測定ポート103は局部終端インピーダンス104で終端され、対応するサンプリングアーム113は第1の測定チャンネル111へ接続されている。VNA 200は、基準信号に対する伝送応答の比ArFG_termthru/R1rFG_termthruを測定し保存する。この比は下記の伝送追従誤差係数式において利用される。
τ=(ArFG_termthru/R1fFG_termthru)/(1−Sx22_portGΓportG)
(39)
【0084】
例示を目的として、図20を詳細に参照すると、図20は、ポート1031及び1032からなる近傍対に対する順方向伝送追従誤差係数及び逆方向伝送追従誤差係数を画定するための接続線図を示す。順方向伝送測定は、信号発生器105を第1の信号経路107へ接続することによって行われる。切替回路網150は、第1の信号経路107が測定ポート1031へ接続され、対応するサンプリングアーム1131が局部サンプリングアームインピーダンス1161で終端されるように構成されている。さらに切替回路網150は、測定ポート1032が局部終端インピーダンス1042で終端され、サンプリングアーム1132が第1の測定チャンネル111に接続されるように構成されている。信号発生器105が所望の周波数範囲を画定する複数の周波数にわたって掃引し、比Af12_termthru/R1f12_termthruを測定する。式(37)を利用して、近傍対に対する順方向伝送追従誤差係数が下記のように計算される。
τ12=(Af12_termthru/R1f12_termthru)(1−Sx22_port1Γport1)通過601の接続と信号切替スイッチ106の構成はそのまま維持されている。図21を詳細に参照すると、切替回路網150が、測定ポート1032が第1の信号経路107へ接続され、対応するサンプリングアーム1132が局部サンプリング終端インピーダンス1162で終端されるように再構成されている。加えて、切替回路網150は、測定ポート1031が局部終端インピーダンス1041で終端され、サンプリングアーム1131が第1の測定チャンネル111へ接続されるように構成されている。信号発生器105が所望周波数範囲を画定する複数の周波数にわたって掃引し、比Ar12_termthru/R1r12_termthruを測定する。式(38)を利用して、近傍対に対する逆方向伝送追従誤差係数が下記のように計算される。
τ21=(Ar12_termthru/R1r12_termthru)(1−Sx22_port2Γport2)例示する実施形態では測定ポート1033及び1034からなる近傍対である残る近傍対に対して、同じ測定と計算手順が繰り返される。当業者には明らかであるように、第2の測定チャンネル112へ接続可能な近傍対に対する測定は同じ手順を利用して実施されるが、測定装置として第2の測定チャンネル112と第2の基準チャンネル202を使用する。多ポート実施形態では、測定及び計算手順が全ての近傍対に対して繰り返される。
【0085】
図22〜26を詳細に参照すると、それらの図には、本発明の教示による方法のフローチャートを示し、ここでは反射標準301が第1の対向対の一つのポートへ接続(2201)され、切替回路網150が、VNA 200により、刺激に対する反射の比を測定(2202)するように構成されている。図3を参照されたい。この比は、所望周波数範囲内の多数の周波数に対して一つの値をもたらす。その数値はデータ配列内に保存され、そこではデータ配列の各成分が単一の周波数で測定された比を保持する。さらに反射301は切り離され、対向対の他のポートへ再接続(2203)され、切替回路網150は再構成され、対向対内の他のポートは刺激され、刺激に対する反射応答の比が測定されて別のデータ配列内に保存(2204)される。図4を参照されたい。好適な実施形態において、全ての測定を行なう所望の周波数範囲は同一である。この場合、データ配列内の各成分は、所望の周波数範囲に沿う同じ周波数点における測定結果を表わす。
【0086】
フローチャートは、同じ対向対のポート間の線路401の測定用の切替回路網150を接続するステップ(2301)と構成するステップ(2302)に続く。VNA 200は、第1の基準チャンネル201及び第2の基準チャンネル202だけでなく、第1の測定チャンネル111及び第2の測定チャンネル112においても対向対の測定ポート103における順方向反射及び伝送応答を測定(2302)する。さらに切替回路網150は逆方向測定用に再構成(2303)され、さらにVNA 200は第1の基準チャンネル201及び第2の基準チャンネル202だけでなく、第1の測定チャンネル111及び第2の測定チャンネル112においても対向対の測定ポート103における逆方向反射及び伝送応答を測定(2303)する。フローチャートには図示していないが、図6に示す整合負荷501の接続及び測定によって、より低い周波数範囲まで拡張される。
【0087】
図23、7、8を詳細に参照すると、フローチャートは、通過601を同じ対向対の測定ポート103へ接続(2401)するステップに続く。切替回路網150は、通過601の順方向測定用に構成(2402)され、順方向反射及び伝送応答と基準チャンネル信号が測定されてデータ配列内に保存される。さらに切替回路網150は、逆方向測定用に再構成(2403)され、逆方向反射及び伝送応答と基準チャンネル信号が測定されてデータ配列内に保存される。
【0088】
図23、9を詳細に参照すると、通過601は接続されたままであり、切替回路網150は順方向測定用に再構成(2501)され、通過601は切替回路網150内で局部インピーダンス104で局部的に終端されている。局部的に終端された通過601の順方向反射及び伝送応答は、基準チャンネル信号と同様に測定され保存される。さらに切替回路網150は、局部的に終端された通過601の逆方向測定用に再構成(2502)され、逆方向反射及び伝送応答と基準チャンネル信号が測定されて保存される。
この手順は、測定ポートの全ての対向対に対して反復(2503)される。フローチャートに示す添え字n及びmは、この手順を測定ポートの全ての対向対にわたって歩進させることを表わす。当業者には明らかなことであるが、対向対はここに例示したものとは異なる方法で画定することができ、その場合には参照符号2504により示す対向対を介する歩進ステップが異なる手法を利用する。次の対向対への歩進の後、処理ステップは全ての対向対が測定し終わるまで反復(図22の接続子Eを参照)する。第2の対向対上になされる測定の例示的表現については、図10〜16を参照のこと。
【0089】
図24、19を詳細に参照すると、X誤差アダプタ1910に対する方向性1901と信号源整合性1902と反射追従性1903誤差係数が、保存されたデータ配列から計算(2601)される。Y誤差アダプタ1920に対する方向性1904と信号源整合性1905と反射追従性1906誤差係数もまた、保存されたデータ配列から計算(2602)される。さらに、この計算結果を利用することにより、負荷整合及び伝送追従誤差係数がX誤差アダプタとY誤差アダプタの双方に対して計算される。この計算手順は、全ての対向対に対して反復(2604)される。
【0090】
図24、17、18を詳細に参照すると、通過601が第1の非対向対の測定ポート103間に接続(2701)されている。切替回路網150は、通過601が切替回路網150内で局部的に終端された状態で順方向測定用に構成(2702)されている。順方向反射及び伝送応答と第1の基準チャンネル及び第2の基準チャンネルが測定される。
測定結果は、追加のデータ配列内に保存される。切替回路網150は、通過601が切替回路網150内で局部的に終端された状態での逆方向測定用に再構成(2703)されている。逆方向反射及び伝送応答と第1の基準チャンネル及び第2の基準チャンネルが測定される。測定結果はデータ配列内に保存される。この手順は全ての非対向対に対して反復(2704)される。当業者には明らかなことであるが、非対向対は多くの異なるやり方で画定することができる。フローチャートは、第1の測定チャンネル111へ接続可能な測定ポート103を1からN−1まで歩進させ、その一方で第2の測定チャンネル112へ接続可能な測定ポート103をN+2から2Nまで歩進させる一つの方法を例示している。最後の非対向対は、測定ポート103Nと103N+1の間にある。非対向対を作り上げる測定ポート103の定義に依存する他の方法は、ここに例示したものとは異なる。
【0091】
図25を詳細に参照すると、フローチャートは各非対向対に対する伝送追従係数を計算するステップ2801に続く。その手順は非対向対の測定部分と同じ方法で全ての非対向対にわたって歩進(2802)させる。
【0092】
図25、20、21を詳細に参照すると、さらにこの手順は、近傍対を構成する測定ポート103間に通過601を接続させるステップに続く。例示する実施形態では、近傍対は互いに隣接する測定ポート103である。通過601は、図20に示すように第1の近傍対の間に接続(2803)され、切替回路網150は局部的に終端された状態で通過601の順方向測定用に構成(2804)されている。図20を参照されたい。第1の基準チャンネルにより測定される刺激に対する順方向伝送応答の比は、測定されてデータ配列内に保存(2804)される。切替回路網150は、逆方向測定用に再構成(2805)される。図21を参照されたい。第1の基準チャンネルにより測定される刺激に対する逆方向伝送応答の比は、測定されてデータ配列に保存(2805)される。近傍対に対するステップが、各近傍対ごとに反復(2806)される。当業者には明らかなことであるが、各近傍対ごとの手順を反復するループ(2806)内で、測定ポート103を歩進させる方法は、n=1、m=n+1として、測定ポート103n及び103mから始まる。nとmが実際には非対向対を画定するという一つの条件はあるが、手順を通じてnとmは共に歩進する。その場合、処理ステップは実行されない。
【0093】
図26を参照すると、フローチャートは近傍対のそれぞれに対して伝送追従誤差係数を計算するステップ2901に続く。
【0094】
全ての系統的誤差係数が画定されると、DUT 101が測定(2902)用に挿入される。さらに測定されたDUTデータは、ここに教示されたように計算された全ての系統的誤差係数を利用して’040特許出願の教示にしたがい補正(2903)される。好都合なことに、本願明細書の教示による方法及び装置は、VNA 200を利用してDUT 101に行った測定に出現する人為的誤差の改善された特徴付けをもたらす。これにより、測定システムの一部である人為的誤差の周波数応答寄与とは異なるDUT 101の周波数応答のより正確な特徴付けがもたらされる。
【0095】
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
1. 測定経路較正装置であって、
少なくとも二つの基準受信器(201、202)及び、二つの測定チャンネル(111、112)及び、Nを整数としたときに全部で2N個の測定ポート(103)を有するベクトルネットワークアナライザ(200)と、
高反射較正標準(301)が接続された場合に、前記各測定ポート(103)に対する高反射特性の測定値と、線路較正標準(401)が前記測定ポートのN個の対向対の対間に接続された場合に、当該対向対のそれぞれに対する線路順逆方向反射及び伝送特性と、通過較正標準(601)が前記測定ポートのN個の対向対の対間に接続された場合に、前記測定ポートのN個の対向対のそれぞれ対する対向通過順逆方向反射特性及び伝送特性とを測定し記録するコマンドに応答するよう構成されている前記ベクトルネットワークアナライザ内の回路網と、
前記記録された測定値に基づき、前記測定ポートの前記対向対のそれぞれに対する方向性(1901、1904)と、信号源整合性(1902、1905)と、反射追従性(1903、1906)とを計算するコマンドを受容するよう構成されているプロセッサと、を含む較正装置。
【0096】
2. さらに前記回路網が、順逆方向反射及び伝送特性を測定し記憶するコマンドに応答するよう構成され、前記プロセッサがさらに各測定ポートごとに負荷整合誤差係数を計算するよう構成されている1項記載の較正装置。
【0097】
3. さらに前記回路網が、N−1個の非対向対について順逆方向伝送特性を測定し記録するコマンドに応答するよう構成され、前記プロセッサがさらに、前記N−1個の非対向対のそれぞれについて順方向伝送追従性及び逆方向伝送追従性を計算するコマンドを受容するよう構成されている2項記載の較正装置。
【0098】
4. さらに前記回路網が、通過較正標準(601)が前記測定ポート(103)の近傍対の対間に接続された場合に、前記測定ポート(103)の近傍対の反射及び伝送特性を測定するよう構成され、前記プロセッサがさらに、前記近傍対のそれぞれについて順逆方向伝送追従誤差係数を計算するよう構成されている2項記載の較正装置。
【0099】
5. さらに前記回路網が、2Nポート装置(101)を測定してDUT反射及び伝送応答測定値を得るよう構成され、前記回路網がさらに、前記方向性(1901、1904)と信号源整合性(1902、1905)と反射追従性(1903、1906)と負荷整合性と順方向伝送追従誤差係数と逆方向伝送追従誤差係数を利用して前記DUT測定値を補正するコマンドを受容するよう構成されている3項記載の較正装置。
【0100】
6. 前記高反射標準が短絡較正標準(301)を含む1項記載の較正装置。
【0101】
7. 前記高反射標準が開放較正標準を含む1項記載の較正装置。
【0102】
8. さらに前記回路網が、切替スイッチ(106)の影響に対する前記測定ポートの前記N個の対向対に関する生の線路順逆方向反射及び伝送特性と、生の通過順逆方向反射及び伝送特性を補正するコマンドを受容するよう構成されている1項記載の較正装置。
【0103】
9. 前記回路網が、前記生の線路順逆方向反射及び伝送特性と、前記生の通過順逆方向反射及び伝送特性を次式により補正する8項記載の較正装置。
【数16】
ここで、Afは第1の測定チャンネル(111)から順方向に採取した測定値、
Arは前記第1の測定チャンネル(111)から逆方向に採取した測定値、
Bfは第2の測定チャンネル(112)から順方向に採取した測定値、
Brは前記第2の測定チャンネル(112)から逆方向に採取した測定値、
R1fは第1の基準チャンネル(201)から順方向に採取した測定値、
R1rは第1の基準チャンネル(201)から逆方向に採取した測定値、
R2fは第2の基準チャンネル(202)から順方向に採取した測定値、
R2rは第2の基準チャンネル(202)から逆方向に採取した測定値である。
【0104】
10. 前記プロセッサが前記ベクトルネットワークアナライザ(200)内に配置されている1項記載の較正装置。
【0105】
【発明の効果】
本発明は、ベクトルネットワークアナライザ200の測定経路を較正する方法に関する。ベクトルネットワークアナライザは、少なくとも二つの基準受信器201、202と、Nを整数としたときに全部で2N個の測定ポート103を有する。本発明の方法は、高反射較正標準を各測定ポート2201、2203に提供し、各測定ポート2202、2204ごとに反射特性を測定するステップを含む。さらに本方法は、線路較正標準2301及び通過較正標準2401を測定ポートのN個の対向対間に提供し、各標準に応答する反射及び伝送特性を測定する(2302、2303、2402、2403)。これらの測定値から、本方法は、測定ポート2601、2602のそれぞれに対する方向性と信号源整合性と反射追従誤差係数を計算する。
また本発明は、ベクトルネットワークアナライザ(「VNA」)200を含む測定経路較正装置に関する。VNAは、少なくとも二つの基準受信器201、202と、二つの測定チャンネル111、112と、Nを整数としたときに全部で2N個の測定ポート103とを有する。さらにこの装置は、高反射、線路、通過較正標準がそこに接続されたときに、各測定ポートに対する反射及び伝送特性を測定し(2202、2204、2302、2303、2402、2403)、記録する手段を含む。さらに本装置は、測定ポートのそれぞれに対する方向性、信号源整合性、反射追従性、負荷整合性、順方向伝送追従性、逆方向伝送追従性を計算する(2601、2602、2603、2801、2901)手段を備える。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術の測定配列とVNAを例示する図である。
【図2】本発明の教示による装置を示す図である。
【図3】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図4】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図5】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図6】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図7】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図8】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図9】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図10】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図11】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図12】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図13】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図14】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図15】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図16】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図17】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの非対向対を測定するステップを示す図である。
【図18】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの非対向対を測定するステップを示す図である。
【図19】X及びY誤差アダプタに対する誤差係数のフローグラフを示す図である。
【図20】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの近傍対を測定するステップを示す図である。
【図21】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの近傍対を測定するステップを示す図である。
【図22】本発明の教示による方法の一実施形態のフローチャートを示す図である。
【図23】本発明の教示による方法の一実施形態のフローチャートを示す図である。
【図24】本発明の教示による方法の一実施形態のフローチャートを示す図である。
【図25】本発明の教示による方法の一実施形態のフローチャートを示す図である。
【図26】本発明の教示による方法の一実施形態のフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
100 多ポートDUT
103、1031〜1032N 測定ポート
1041〜1042N 局部伝送インピーダンス
105 信号発生器
106 信号切替スイッチ
107 第1の信号経路
108 第2の信号経路
109 信号切替スイッチ終端負荷
110 第1の基準チャンネルサンプラ
111 第1の測定チャンネル
112 第2の測定チャンネル
113、1131〜1134 サンプリングアーム
115 サンプリングスイッチ
116 局部サンプリング終端インピーダンス
150 切替回路網
200 VNA
201 第1の基準チャンネル
202 第2の基準チャンネル
210 第2の基準チャンネルサンプラ
301 高反射較正標準
401 線路較正標準
601 通過較正標準
1901、1904 方向性誤差係数
1902、1905 信号源整合性
1903、1906 反射追従性
1910 X誤差アダプタ
1920 Y誤差アダプタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、多ポート通過、反射、線路較正及び測定を行なう方法と装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ベクトルネットワークアナライザ(VNA)は、ある周波数帯域より上の周波数帯で電気デバイスの挙動を特徴付けるのに使用される。不整合と漏洩のために、VNAを較正せずに高周波において被測定デバイス(DUT)を直接測定することは現在のところできない。VNAを使用するどんな測定にも誤差が存在する。これらの測定誤差は、DUTにのみ起因する測定値の不確実性に寄与する。これらの測定誤差を定量化することによって、それらの効果、影響を測定値から数学的に取り除き、デバイス自体の特性パラメータを得ることができる。当業者には明らかであるように、測定誤差の定量化を良好に行なえば行なうほど、デバイス特性に対するそれらの影響をより良好に除去することができるようになる。VNAにおける測定誤差は、二つの範疇に分類することができる。すなわち、確率的誤差と系統的誤差である。確率的誤差は、雑音や温度の変動に起因する繰り返すことのない測定値の変化である。確率的誤差は予測不能であり、適切に定量化することが困難である。系統的誤差は、VNA測定装置のハードウェアにおける反復可能な測定値の変化である。系統的誤差は予測可能であり、定量化し数学的に取り除くことが可能である。系統的誤差は、デバイス特性をVNAにより測定する際に生じる不確実性の最も重要な源である。したがってVNA測定値を定量化し、そこから系統的誤差を取り除くことは有益である。従来、系統的誤差の定量化はVNA較正によって行なっていた。多数の公知の人為的較正体をVNAのポートへ接続することにより、人為的較正体を測定し、既知の結果に対し測定結果を比較し、そこで既知の較正デバイスにより測定値に対してなされた寄与からアルゴリズムを通じて系統的誤差係数を抽出することができる。既知の装置の測定値は、その後に系統的誤差係数を利用して、DUTに対してだけ帰せられる特性を数学的に抽出する。
【0003】
2ポートVNAに利用可能な多数の較正手順が存在する。較正方法は、系統的誤差係数の抽出に利用された較正標準の群に因んで命名される。より一般的な方法の幾つかは、短絡、開放、負荷、通過(「SOLT」)較正標準や、通過、反射、線路(「TRL」)較正標準や、較正標準(「電子較正」すなわち「Ecal」)として利用される一連の電子負荷を使用する。
【0004】
計測学研究における好適な方法としてはTRL較正を挙げることができる。TRL較正が好適であるのは、系統的誤差の最も正確な評価を達成することができることによる。これは、非常に精密な製造が可能である航空機規格を使用するためである。加えて、「反射」人為的較正体の反射係数の大きさを知る必要も、「線路」人為的較正体の遅延を知る必要も一切ない。製造環境におけるより良好な測定精度が、製品コスト分析用のより正確な統計モデルだけでなく製造工程制御におけるより良好なフィードバックをもたらす。研究開発環境におけるより優れた測定精度が、シミュレータに回路関連製品の挙動のより正確な予測を可能にする正確な装置モデルをもたらす。
【0005】
優先日が2000年9月18日である「多端子不平衡或いは平衡デバイスの線形特性抽出方法及び装置」(Method and Apparatus for linear Characterization of Multiterminal Single−ended or Balanced Deviced)と題する米国特許出願第10/098、040号(以下「’040特許出願」と呼ぶ)やこの仮出願に基づいて優先権主張する他の米国特許出願には、多ポートデバイスに適用可能なSOLT較正のための方法及び装置が開示されている。図1を詳細に参照すると、’040特許出願に記載された被測定デバイス101(「DUT」)に接続されている4ポートVNA 100のシステムブロック線図が図示され、そこには単一基準チャンネル102と、第1の測定チャンネル111(「A」)及び第2の測定チャンネル112(「B」)の二つの測定チャンネルとが設けられている。基準チャンネル102は、信号発生器105により生成された入射信号を、信号発生器105と信号源切替スイッチ106の間に直列に配置されている基準チャンネルサンプラ110を介してサンプリングする。信号源切替スイッチ106は、信号発生器105を第1の信号経路107又は第2の信号経路108へ接続する。信号源切替スイッチ106は、信号源切替特性インピーダンス109で信号発生器105に接続されていない信号経路107又は108を終端している。切替回路網150が、2N個の測定ポート1031〜1032Nのうちの一つに対する第1の測定チャンネル111又は第2の測定チャンネル112の接続をもたらす。切替回路網150は、’040特許出願に教示されており、この教示はここに参照として組み込むものとする。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
第1の測定チャンネル111及び第2の測定チャンネル112は、信号発生器105からの刺激に応答して、DUT 101に接続されている測定ポート103の一つから散乱反射及び伝送信号を測定する。図1の測定配列が、完全なSOLT較正測定方法論をもたらす。しかしながら、デバイスをより正確に特徴付けるための方法が必要とされている。従来技術の下では、TRL較正方法は改善された較正精度をもたらすが、これは2ポートデバイスにのみ適用可能である。したがって多ポート装置のより正確な較正及び測定用の方法と装置が必要とされている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
ベクトルネットワークアナライザ(「VNA」)の測定経路を較正する方法は、少なくとも二つの基準受信器と、Nを整数としたときに全部で2N個の測定ポートとを有するベクトルネットワークアナライザを提供するステップを含む。高反射較正標準が各測定ポートに提供され、VNAが各測定ポートごとに反射特性を測定する。線路較正標準が、測定ポートのN個の対向対間に提供される。さらにVNAが、測定ポートのN個の対向対のそれぞれについて順逆方向の反射及び伝送特性を測定する。通過較正標準が、N個の対向対のそれぞれの間に提供され、N個の対向対のそれぞれについて順方向と逆方向の反射及び伝送特性が測定される。
さらに本方法は、各測定ポートごとに方向性と信号源整合性と反射追従誤差係数を計算する。
【0008】
ベクトルネットワークアナライザ(「VNA」)の測定経路較正装置は、少なくとも二つの基準受信器と、二つの測定チャンネルと、Nを整数としたときに全部で2N個の測定ポートとを有するベクトルネットワークアナライザからなる。さらにこのシステムは、高反射較正標準が各測定ポートに接続されたときの各測定ポートに対する高反射特性と、線路較正標準が対向対間に接続されたときの測定ポートのN個の対向対のそれぞれに対する線路順方向及び線路逆方向の反射及び伝送特性と、通過較正標準が対向対間に接続されたときの測定ポートのN個の対向対のそれぞれに対する対向通過順方向及び対向通過逆方向の反射及び伝送特性と、通過較正標準が非対向対間に接続されたときの測定ポートのN−1個の非対向対のそれぞれに対する非対向通過順方向及び非対向通過逆方向の反射及び伝送特性を測定し記録する手段を備える。さらにこのシステムは、高反射特性と、線路順方向及び線路逆方向の反射及び伝送特性と、通過順方向及び通過逆方向の反射及び伝送特性と、N個の対向対とN−1個の非対向対のそれぞれに対する順方向伝送追従性及び逆方向伝送追従性に基づき、測定ポートのそれぞれに対する方向性と信号源整合性と反射追従性を計算する手段を備える。
【0009】
【発明の実施の形態】
図2を詳細に参照すると、図2は、第1の基準チャンネル201及び第2の基準チャンネル202をそれぞれ備え、第1の基準チャンネルサンプラ110及び第2の基準チャンネルサンプラ210をそれぞれ備える4ポートVNA 200のシステムブロック線図を示す。図2に示す測定配列では、具体例におけるサンプラ110、210はブリッジすなわち方向性カプラである。基準チャンネルサンプラ110、210は、信号切替スイッチ106の信号発生器105とは反対側の第1の信号経路107及び第2の信号経路108上に配置されている。サンプラ110、210は、それぞれ第1の基準チャンネル201及び第2の基準チャンネル202による測定に対して第1の信号経路107及び第2の信号経路108上に出現する信号の小さな予測可能部分を一方向において抽出する。サンプリングした部分は、信号経路107、108上の信号レベルに対し通常−10 dB〜−20 dBである。信号源切替スイッチ106が、信号発生器105を第1の信号経路107へ接続し、かつ信号切替スイッチ終端負荷109を第2の信号経路108へ接続するか、或いは信号発生器105を第2の信号経路108へ接続し、かつ信号切替スイッチ終端負荷109を第1の信号経路107へ接続するかのいずれかを行なう。
特定の実施形態では、信号切替スイッチ106に対して2個のスイッチ部分だけが存在する。
【0010】
多ポートDUT 101を測定するシステムは、DUTのポートと同数の測定ポート1031〜1032Nを有する。図面に示す例は、測定ポート1031、1032、1033、1034に接続されている4ポートDUT 101を含む。しかしながら本発明の教示は、5以上のデバイス接続を有するDUT測定用の多ポート測定配列に適用することができる。切替回路網150は、各測定ポート1031〜1032Nを第1の信号経路107又は第2の信号経路108か、又は局部終端インピーダンス1041〜1042Nへ接続できるようにしてある。幾つかの切替回路網構成が、測定ポート103の一つを第1の信号経路107へ接続し、又は/及び測定ポート103の異なる一つを第2の信号経路108へ接続し、その一方で残る信号経路は局部終端インピーダンス104で終端される。切替回路網150はまた、例示実施形態において、サンプリングアーム113とサンプリングアーム1131〜1134を有する。サンプリングアーム1131〜1134は、それぞれの測定ポート103に出現する信号レベルの小さな予測可能な部分をサンプリングするサンプラ114を含む。サンプラ113は、それぞれの測定ポート103上に出現する信号レベルから−10 dB〜−20 dBの間の何れかの信号レベルを取るカプラ又はブリッジとすることができる。本教示による具体的実施形態では、測定ポート103からサンプリングされた部分は信号経路107、108からサンプリングされたものと実質上同一部分である。さらにサンプリングされた信号は、それぞれのサンプリングスイッチ115を介して第1の測定チャンネル111及び第2の測定チャンネル112に接続されるか、又はサンプリングアーム終端負荷116に接続される。この構成の切替回路網150は、測定ポート103からの反射経路を第1の測定チャンネル111及び第2の測定チャンネル112の一方へ接続し、その一方で局部サンプリングアーム終端インピーダンス116内の測定チャンネルへ接続されていない測定ポート103からの反射経路を終端する。
【0011】
本発明の教示による方法では、2N個のデバイス接続を有する多ポートDUT上でのTRL較正は、先ず測定ポートのN個の対向対のそれぞれに従来の2ポートTRL較正を実行することで行なわれる。ユーザは、全ての測定ポート103を二つの測定ポート103のグループでもって表現することによりN個の対向対を画定する。
ここで、対向対内の第1のポートは第1の測定チャンネル111へ接続可能であり、対向対内の第2のポートは第2の測定チャンネル112へ接続可能である。一例として、2N個の測定ポートが存在する場合、測定ポートの対向対は測定ポート1031及び103N+1、測定ポート1032及び103N+2、以下同様に測定ポート103N及び1032Nまで続く。ここでは、測定ポート1031〜103Nが第1の測定チャンネル111へ接続可能であり、測定ポート103N+1〜1032Nが第2の測定チャンネル112へ接続可能である。
【0012】
さらに本発明の教示による方法によれば、2NポートDUTについて測定ポート103のN−1個の非対向対上で通過測定が実施される。N−1個の非対向対は、測定ポートの対向対の集合で表わされない二つの測定ポート103のグループとして画定され、ここでは非対向対における第1の測定ポートが第1の測定チャンネル111へ接続可能であり、非対向対における第2の測定ポートが第2の測定チャンネル112へ接続可能である。例示する実施形態では、二つの対向対が存在する。
すなわち、測定ポート1031及び1033からなる第1の対向対と、測定ポート1032及び1034からなる第2の対向対である。また具体例では、二つの非対向対が存在する。すなわち、測定ポート1031及び1034からなる第1の非対向対と、測定ポート1032及び1033からなる第2の非対向対である。
【0013】
図3を詳細に参照すると、図3は、第1の測定チャンネル111へ接続可能な第1の対向対の測定ポート103に接続されている高反射較正標準301(「反射301」)を示す。例示する実施形態では、こ反射301は測定ポート1031に接続されている。さらに切替回路網150は、測定ポート1031が第1の信号経路107に接続され、かつ対応するサンプリングアーム1131が第1の測定チャンネル111に接続されるように設定されている。残りの全ての未使用測定ポート1032、1033、1034は、それらのそれぞれの局部終端負荷104で終端され、残りのサンプリングアーム113はそれぞれサンプリングアーム終端負荷1162、1163、1164に接続されている。当業者には明らかなことであるが、測定ポート1031の測定に関して、第1の測定チャンネル111へ接続可能なこれらの測定ポート103を特性インピーダンスにて終端する切替回路網構成だけが結果に対して重要である。切替回路網150を構成するスイッチの絶縁は十分に高いので、第2の測定チャンネル112へ接続可能な測定ポート103は、高反射測定では、目立たないものとなる。反射301は未知の大きさを有することがあるが、その位相特性は既知でなければならない。さらに信号発生器105は、オペレータがプログラムした所望の周波数範囲にわたって掃引され、その範囲にある特定の周波数において測定がなされる。周波数掃引の間、VNA 200は、第1の周波数受信器201において、測定信号レベルに対する第1の測定チャンネル111における測定信号レベルの比を測定して保存する。得られた比は、周波数依存反射係数であり、ここでは測定ポート1031に関する高反射特性
Areflect_1/R1reflect_1
と呼ぶ。
【0014】
図4を詳細に参照すると、同じ反射301が測定ポート1031から切断され、第1の対向対内の残る測定ポート、すなわち具体例における測定ポート1033へ接続されている。さらに切替回路網150は、測定ポート1033が第2の信号経路108内にあるように構成され、第1の信号経路107が特性インピーダンス109で終端され、サンプリングアーム1133が第2の測定ポート112に接続されている。第2の測定ポート112へ接続可能な未使用測定ポート103、すなわち具体例における測定ポート1034は、切替回路網150内で局部特性インピーダンス104で終端されている。未使用測定ポート103のサンプリングアーム113も、それぞれのサンプリングアーム終端負荷116で終端されている。信号発生器105が、測定ポート1031の反射測定におけるのと同一の所望周波数範囲にわたって掃引される信号で第2の信号経路108を刺激する。VNA 200が、第2の基準受信器202に出現する第2の信号経路108の測定信号レベルに対する第2の測定チャンネル112における測定信号レベルの比
Breflect_3/R2reflect_3
を測定して保存し、周波数依存反射信号レベル配列をもたらし、ここではこれを測定ポート1033に関する高反射特性と呼ぶ。
【0015】
図5を詳細に参照すると、図5は、較正処理における次のステップにおいて、低損失遅延線路較正標準401(「線路401」)を、第1の対向対、すなわち図示する例では測定ポート1031及び測定ポート1033の間に接続することを示している。好適な実施形態では、線路401は空気線路、すなわち一般に計測学研究において使用されている空気誘電体を有する遅延線である。オンウェーハ測定では、遅延線が使用されている。線路401の遅延は未知であるが、線路401の物理的寸法は較正周波数の範囲に関係している。所望であればより広範囲の周波数範囲をカバーするのに、追加の遅延線較正標準を使用することができる。線路401の遅延は、最低の特定周波数における約20度の位相のずれよりも大きくかつ最高の特定周波数における約160度の位相のずれよりも小さい範囲に区切られた周波数範囲にわたって画定されている。約500 MHz及びそれ以下の周波数では、同軸空気線路の寸法は非常に大きくなり、実用的ではなくなる。この場合、図6を詳細に参照すると、二つの高品位整合負荷501(「整合負荷501」)が対向対の各測定ポート103に接続されている。整合負荷501は最低VNA周波数まで下る周波数範囲内でのVNAの較正に用いられる。線路401と整合負荷501の結果得られた較正値は異なるが、測定比を利用するアルゴリズム化公式は同一である。
【0016】
線路401を測定する図5を詳細に参照すると、切替スイッチ106は、信号発生器105が第1の信号経路107を刺激し、第2の信号経路108が特性インピーダンス109で終端されるように設定されている。切替回路網150は、測定ポート1031が第1の信号経路107から刺激信号を受容し、サンプリングアーム1131からの信号が第1の測定ポート111に出現するように構成されている。さらに切替回路網150は、測定ポート1033が第2の信号経路108を介して切替スイッチ特性インピーダンス109で終端され、伝送信号がサンプリングアーム1133を介して第2の測定ポート112へ出現するように構成されている。信号発生器105が所望の周波数範囲を掃引し、VNA 200が第1の測定チャンネル111及び第2の測定チャンネル112と、第1の基準受信器201及び第2の基準受信器202からの信号レベルを測定し、その結果をデータ配列に保存する。明確さと整合性だけを目的に、信号発生器105を第1の信号経路107へ接続すると、得られる全ての測定値は順方向測定値と見なされる。したがって順方向線路401からなる測定値は、データ配列
Af_line_13
Bf_line_13
R1f_line_13
R2f_line_13
として表わされ、ここで、各配列は所望の周波数範囲に沿う特定の周波数における一連の測定点からなる。
【0017】
さらに切替スイッチ106は、信号発生器105が第2の信号経路108を刺激し、第1の信号経路107が切替スイッチ特性インピーダンス109で終端されるように再構成(図面には示していない)されている。切替回路網150の構成は順方向測定から変更していない。信号発生器105が所望の周波数範囲を再び掃引し、VNA 200が第1の測定チャンネル111及び第2の測定チャンネル112と、第1の基準受信器201及び第2の基準受信器202からの信号レベルを測定し、それらをデータ配列内に保存する。明確さと整合性だけを目的に、信号発生器105が第2の信号経路108へ接続されたときに、結果得られる測定値は全て逆方向測定値と見なされる。したがって逆方向線路401からなる測定値は、データ配列
Ar_line_13
Br_line_13
R1r_line_13
R2r_line_13
として表わされ、ここで、各配列は所望の周波数範囲に沿う特定の周波数における一連の測定点からなる。
【0018】
より広範な周波数範囲が必要な場合は、特定の実施形態では、異なる周波数帯をカバーする異なる空気線路を利用して、第1の対向対、すなわち測定ポート1031、1033にて同じ測定手順が実行される。加えて、図6に示す整合負荷501は、空気線路較正標準にとって実用的であるという以上に、より低い周波数で測定を行なうために、完全な整合を有する高損失線路を刺激するのに利用することができる。整合負荷、より高い周波数における整合の品位、所望の周波数範囲によって、整合負荷を空気線路較正標準に代えて使用することもできる。適切な較正標準を利用して、新規の測定が異なる周波数範囲で行なわれるので、その結果は、特定の刺激信号周波数に対応する各データ点を順方向及び逆方向配列に保存する。したがって較正周波数帯は、単一の空気線路較正標準をもって可能な周波数を超える周波数へ拡張することができる。
【0019】
図7を詳細に参照すると、図7は、較正処理の次のステップにおいて、通過較正標準601(「通過601」)を、例示する実施形態では、第1の対向対、すなわち測定ポート1031及び測定ポート1033の間に接続することを示す。通過601は長さ零又は零以外の長さを有する。どちらの場合も、通過601の電気的長さは既知の値でなければならない。オンウェーハ測定については、高品位零通過較正標準を得ることができない。したがってオンウェーハ測定については、非零通過較正標準が使用される。
【0020】
通過601を測定するため、信号発生器105が第1の信号経路107を刺激し、第2の信号経路108が切替スイッチ特性インピーダンス109で終端されるように切替スイッチ106が設定される。切替回路網150は、測定ポート1031が第1の信号経路107から刺激信号を受容し、サンプリングアーム1131が第1の測定ポート111へ接続されるように構成される。さらに切替回路網150は、測定ポート1033を第2の信号経路108を介して切替スイッチ特性インピーダンス109で終端し、サンプリングアーム1133が第2の測定ポート112へ接続されるように構成されている。未使用測定ポート103は、特定の実施形態では第2の対向対の測定ポート、すなわち測定ポート1032と測定ポート1034からなるが、それぞれ局部特性インピーダンス1042、1044で終端されている。サンプリングアーム1132、1134もまた、局部サンプリングアーム終端負荷1162、1164で終端されている。信号発生器105が所望周波数範囲を掃引し、VNA 200が、第1の測定チャンネル111及び第2の測定チャンネル112と、第1の基準受信器201及び第2の基準受信器202からの信号レベルを測定し、その結果をメモリに保存する。開示目的に使用する表記にしたがえば、信号発生器105が第1の信号経路107に接続されているので、得られた結果は順方向測定値と見なされる。したがって順方向の通過601からなる測定値は、配列
Af13_thru
Bf13_thru
R1f13_thru
R2f13_thru
として表わされる。ここで、各配列は、所望の周波数範囲に沿う特定の周波数における一連の測定点からなる。
【0021】
さらに切替スイッチ106は、信号発生器105が第2の信号経路108を刺激し、第1の信号経路が切替スイッチ特性インピーダンス109で終端されるように設定される(図示せず)。切替回路網150は切り替えられていない。信号発生器105は再度所望の周波数範囲を掃引し、VNA 200が、第1の測定チャンネル111及び第2の測定チャンネル112と、第1の受信器201及び第2の受信器202からの信号レベルを測定し、それらをメモリに保存する。信号発生器105が第2の信号経路108に接続されているため、結果得られる測定値は逆方向測定値と見なされる。したがって逆方向の通過601からなる測定値は、配列
Ar13_thru
Br13_thru
R1r13_thru
R2r13_thru
として表わされる。ここで、各配列は、所望の周波数範囲に沿う特定の周波数における一連の測定点からなる。
【0022】
図8を詳細に参照すると、依然として通過601が接続されており、切替スイッチ106が、信号発生器105が第1の信号経路107内にあり、第2の信号経路108が特性インピーダンス109で終端されるように構成されている。第1の対向対の測定が依然としてなされる。したがって切替回路網150は、測定ポート1031が第1の信号経路107に接続され、対応するサンプリングアーム1131が第1の測定チャンネル111に接続されるように構成されている。第1の測定チャンネル111に接続可能な、残る未使用の測定ポート103、すなわち具体例における測定ポート1032は、対応する局部特性インピーダンス104、すなわち具体例における局部特性インピーダンス1042で終端されている。加えて、未使用測定ポート1032のサンプリングアーム1132は、局部サンプリングアーム特性インピーダンス1162で終端されている。さらに切替回路網150は、第1の対向対において第2の測定チャンネル112へ接続可能な測定ポート、具体的には測定ポート1033が、対応する局部特性インピーダンス、具体例における局部特性インピーダンス1043で終端され、かつ対応するサンプリングアーム1133が第2の測定チャンネル112に接続されるように構成されている。測定されない対向対の測定ポート103もまた局部特性インピーダンス、すなわち具体例における局部特性インピーダンス1042、1044で終端され、それぞれのサンプリングアーム1132及び1134が局部サンプリングアーム終端負荷1162及び1164で終端されている。信号発生器105は、再度所望の周波数範囲にわたって、その範囲内の各周波数点について掃引され、VNA 200は、刺激に対する反射応答の比と、終端された通過601の刺激に対する伝送応答の比を測定し、そのデータを下記の配列に保存する。
Af13_termthru/R1f13_termthru
Bf13_termthru/R1f13_termthru
【0023】
図9を詳細に参照すると、通過601は依然として第1の対向対の測定ポート103間に接続され、さらに切替スイッチ106が、信号発生器105が第2の信号経路108内にあり、第1の信号経路107が特性インピーダンス109で終端されるように再構成されている。切替回路網150もまた、第2の測定チャンネル112に接続可能な第1の対向対内の測定ポート103、すなわち例示においては測定ポート1033が第2の信号経路108に接続され、対応するサンプリングアーム1133が第2の測定チャンネル112に接続されるように再構成されている。第1の測定チャンネル111に接続可能な第1の対向対内の測定ポート103、すなわち例示においては測定ポート1031は、対応する局部特性インピーダンス1041で終端され、対応するサンプリングアーム1131は第1の測定チャンネル111に接続されている。測定されない対向対の測定ポート103は、例示においては、それらの対応する特性インピーダンス1042、1044で局部的に終端されている。加えて、未使用の測定ポート103のサンプリングアーム113、すなわち例示におけるサンプリングアーム1132及び1134は、それらのそれぞれの局部サンプリングアーム終端負荷1162及び1164で終端されている。信号発生器105が、所望の周波数範囲を介して、その範囲内の各周波数点について掃引され、VNA 200が、基準チャンネル201において測定された刺激信号の信号レベルに対する終端された通過601の反射応答の信号レベルの比と、刺激信号の信号レベルに対する終端された通過601の伝送応答の信号レベルの比を測定する。測定値
Ar13_termthru/R1r13_termthru
Br13_termthru/R2r13_termthru
はデータ配列に保存される。
【0024】
図10〜16を詳細に参照すると、図3〜9を参照して説明した同じ較正ステップ及び測定が、第2の対向対、すなわち例示における測定ポート1032及び測定ポート1034からなる測定ポートに対して実行される。したがって、第2の対向対についての処理を通じて収集された生成データを測定し、データ配列
Areflect_2
R1reflect_2
Breflect_4
R2reflect_4
Af24_line
Bf24_line
R1f24_line
R2f24_line
Ar24_line
Br24_line
R1r24_line
R2r24_line
Af24_thru
Bf24_thru
R1f24_thru
R2f24_thru
Ar24_thru
Br24_thru
R1r24_thru
R2r24_thru
Af24_termthru/R1f24_termthru
Bf24_termthru/R1f24_termthru
Br24_termthru/R2r24_termthru
Ar24_termthru/R2r24_termthru
に保存する。ここで、全てのデータ配列は、所望周波数範囲内で測定した各周波数ごとに単一の測定点を有する。その範囲沿いに同じ周波数点を測定して、各配列が各周波数点ごとに測定値を有するようにすることが最良の実施である。しかしながら、周波数値が所望周波数範囲内の最低測定周波数と最高測定周波数の間にあり、かつ測定周波数間の間隔が十分に小さくどんな共振も含むDUTを完全に特徴付けることができる限り、特定周波数値に対する値を得るべくデータを内挿補間することが受け入れられる。より広範囲の周波数範囲を得るのに複数線路較正標準を利用する場合、VNA 200が採取した測定値は、対象とする周波数範囲に沿う各周波数ごとに成分を有するより大きな配列内の適切な配列成分に保存される。したがって、較正標準を接続し測定を行なう複数のステップを実行し、単一データ配列を完全に埋めることができる。
【0025】
本発明の一実施形態の一態様による多ポート較正では、図3〜9に記載したのと同じ較正ステップと測定を、全ての対向対の測定ポートに対して実施する。2N個のポートを有するDUTに関する対向対群の一般的記述には、mが1からNの整数群で、対向対が測定ポート103mと測定ポート103N+mである集合が含まれる。各対向対の測定値は、本発明の教示によるシステムの一実施形態に記憶されて保存される22個のデータ配列をもたらす。
【0026】
図17を詳細に参照すると、図17は、処理の次のステップにおいて、通過601が、例示する実施形態における測定ポート1031と測定ポート1034からなる測定ポートの第1の非対向対間に接続されることを示している。信号切替スイッチ106は、信号発生器105が第1の信号経路107を刺激し、第2の信号経路108が特性インピーダンス109で終端されるように構成されている。切替回路網150は、第1の測定チャンネル111に接続可能な第1の非対向対の測定ポート103、すなわち例示においては測定ポート1031が第1の信号経路107へ接続され、対応するサンプリングアーム1131が第1の測定チャンネル111に接続されるように構成されている。さらに切替回路網150は、第2の測定チャンネル112に接続可能な第1の非対向対の測定ポート103、すなわち例示においては測定ポート1034が対応する終端負荷1044で終端され、対応するサンプリングアーム1134が第2の測定チャンネル112に接続されるように構成されている。全ての未使用測定ポート、すなわち具体例では測定ポート1032と測定ポート1033がそれぞれの対応する局部終端負荷1042及び1043で終端され、それらのそれぞれのサンプリングアーム1132及び1134がそれぞれの対応する局部サンプリングアーム終端負荷1162及び1163で終端されている。さらに信号発生器105が所望周波数範囲にわたって掃引され、第1の基準受信器201における信号レベルに対する第1の測定チャンネル111の信号レベルの比が測定され、追加のデータ配列
Af14_thruterm/R1f14_thruterm
Bf14_thruterm/R1f14_thruterm
として保存される。
【0027】
さらに、切替スイッチ106は、信号発生器105が第2の信号経路108を刺激し、第1の信号経路107が特性インピーダンス109で終端されるように再構成(図示せず)される。切替回路網150は、第1の測定チャンネル111に接続可能な第1の非対向対における測定ポート、すなわち測定ポート1031が局部終端負荷1041で終端されるように構成される。第2の測定チャンネル112へ接続可能な第1の非対向対における測定ポート、すなわち例示の測定ポート1034が第2の信号経路108へ接続されている。さらに信号発生器105が所望周波数範囲にわたって掃引され、第2の基準受信器202の信号レベルに対する第2の測定チャンネル112の信号レベルの比が測定され、追加配列
Ar14_thruterm/R2r14_thruterm
Br14_thruterm/R2r14_thruterm
として保存される。
【0028】
同様に、かつ図18を詳細に参照すると、図18は、第1の非対向対、すなわち例示における測定ポート1031と測定ポート1034に対してなされたのと同じ測定及び保存ステップを、第2の非対向対、すなわち例示する測定ポート1032と測定ポート1033に対し行なうことを示している。簡単に言えば、通過601が第2の非対向対の測定ポート103間に接続される。第1のステップにおいて、通過601は局部終端インピーダンス1043で終端され、順方向に刺激され、その一方で第1の基準受信器201に対する第1の測定チャンネル111に出現する信号レベルの比が測定されて保存され、第1の基準受信器201に対する第2の測定チャンネル112に出現する信号レベルの比が測定されて保存され、周波数依存データ配列
Af23_thruterm/R1f23_thruterm
Bf23_thruterm/R1f23_thruterm
が得られる。続いて切替回路網150が、信号発生器105が第2の信号経路108を刺激し、第2の測定チャンネル112へ接続可能な非対向対の測定ポート103が第2の信号経路108へ接続され、第1の測定チャンネル111へ接続可能な非対向対の測定ポート103が局部終端負荷104で終端されるように再構成される(図示せず)。信号発生器105が所望の周波数範囲にわたって掃引され、比が測定されて保存され、周波数依存配列
Ar23_thruterm/R2r23_thruterm
Br23_thruterm/R2r23_thruterm
が得られる。
【0029】
本発明の教示による方法の多ポート実施形態において、測定ポート103の各対向対と各非対向対について追加の同様の測定値を採取する。
【0030】
図19を詳細に参照すると、図19は、VNA 200の全ての第1のポートと全ての第2のポートの間のTRL較正フローグラフを示す。多ポート実施形態は、X誤差アダプタ1910に関する方向性1901と信号源整合性1902と反射追従誤差係数1903及び、Y誤差アダプタ1920に関する方向性1904と信号源整合性1905と反射追従誤差係数1906を表わす別個の較正フローグラフを有する。本教示による方法の一実施形態では、各対向対についてX誤差アダプタ1910とY誤差アダプタ1920が画定される。フローグラフは、対向対内の第1の測定ポート103に対する人為的誤差に対応するX誤差アダプタ1910に対するSパラメータ行列Sxと、対向対内の第2の測定ポート103に対する人為的誤差に対応するY誤差アダプタ1920に対するSパラメータ行列Syを表わす。
【0031】
Sパラメータ行列Sactは、X誤差アダプタ及びY誤差アダプタが寄与しない実際の較正標準のSパラメータを表わす。X誤差アダプタのSパラメータ行列は、以下の公知の変換を利用してTパラメータとして表わすことができる。ここで、DUT 101を見たときにポート1は左、ポート2は右にある。
【0032】
【数1】
【0033】
したがって、行列SxはTxとして表わされる対応Tパラメータへ変換することができる。行列Tact_thruがまさしく通過601のTパラメータを表わし、行列Tmeas_thruがX誤差アダプタ及びY誤差アダプタに関連して測定された通過601のTパラメータを表わすものとすると、さらに以下の関係が真となる。
TxTact_thruTy=Tmeas_thru (2)
同様に、行列Tact_lineがまさしく線路401のTパラメータを表わし、行列Tmeas_lineがX誤差アダプタ及びY誤差アダプタに関連して測定された線路401のTパラメータを表わすものとすると、さらに以下の関係
TxTact_lineTy=Tmeas_line (3)
が真となる。
以下の関係
Tact_x=Tact_lineTact_thru −1 (4)
及び
Tmeas_x=Tmeas_lineTmeas_thru −1 (5)
を定義すると、さらに下記の式
TxTact_x=Tmeas_xTx (6)
を書き表わすことができる。
通過601及び線路401は、それぞれ完全に整合しているものと仮定される。したがって実際のそれぞれのSパラメータ行列のそれらの反射係数の値は零に設定されている。通過601が、長さが零ではない非零長の伝送係数を有する場合、S21_thru=S12_thruによって画定される。線路401は、S21_line=S12_lineにより画定される伝送係数を有する。したがって式(4)からTact_xは、
【0034】
【数2】
【0035】
として表わされる。
終端されていない通過601と線路401の測定値が、それぞれ測定保存結果の8個の周波数依存配列をもたらす。4個の通過順方向反射及び伝送配列と、4個の通過逆方向反射及び伝送配列が存在する。通過601に関する測定データの配列は、Sパラメータ領域のアルゴリズム化公式に利用され、Tmeas_xの計算に先立って、信号切替スイッチ106の存在を補償する。Smeas_line及びSmeas_thruは、共に以下の公式により補正される。
【0036】
【数3】
【0037】
ここで、Af、Bf、R1f、R2fは生の順方向測定データ、すなわち信号切替スイッチ106が信号発生器105を第1の信号経路107へ導くときのデータであり、Ar、Br、R1r、R2rは生の逆方向測定データ、すなわち信号切替スイッチ106が信号発生器105を第2の信号経路108へ導くときのデータである。
【0038】
ここで、第1の対向対、すなわち測定ポート1031及び1033の測定値に言及すると、第1の対向対に対するX誤差アダプタ及びY誤差アダプタの縦列合成にて測定された通過601の補正されたSパラメータ行列は、ここではSmeas13_thru_correctedとして表わされる。式(8)に示す補正公式は、配列Af13_thru、Bf13_thru、R1f13_thru、R2f13_thru、Ar13_thru、Br13_thru、R1r13_thru、R2r13_thruを利用して、Smeas13_thru_correctedを計算する。Smeas13_thru_corrected行列を式(1)を利用して、対応するTパラメータへ変換すると、行列Tmeas13_thru_correctedが得られる。第1の対向対に対するSmeas13_line_correctedを得るために、式(8)に示す補正公式は配列Af13_line、Bf13_line、R1f13_line、R2f13_line、Ar13_line、Br13_line、R1r13_line、R2r13_lineを利用する。補正された行列Smeas13_line_correctedを対応するTパラメータへ変換することによって、行列Tmeas13_line_correctedが得られる。Tmeas13_thru_corrected行列及びTmeas13_line_corrected行列を式(4)及び(5)に利用して、Tact_xとTmeas_xを計算する。
【0039】
ここで、一般的な場合を参照すると、TxがX誤差アダプタに対するTパラメータ行列であり、次の行列成分によって画定される。
【0040】
【数4】
【0041】
Tmeas_xもまたその行列成分により画定され、
【0042】
【数5】
【0043】
として表わされる。式(5)から、Tmeas13_xとして表わされる測定ポート1031及び1033に対するTmeas_xが、Tmeas13_thru_corrected行列及びTmeas13_line_corrected行列を利用して計算される。したがって、
Tmeas13_x=Tmeas13_line_correctedTmeas13_thru_corrected −1
となる。
【0044】
式(4)の関係を利用して、式(6)内の項を置き換えて、S21_thru/S21_lineの項を排除することにより、以下の一般式
【0045】
【数6】
【0046】
及び
【0047】
【数7】
【0048】
を書き表わすことができる。
TパラメータのSパラメータへの変換に基づき、対応Sパラメータ誤差アダプタ行列に関してTx21/Tx11及びTx22/Tx12は、
Tx21/Tx11=Sx11=B (13)
及び
Tx22/Tx12=Sx11−(Sx12Sx21/Sx22)=A (14)
のように表わされる。
当業者は、式(11)及び式(12)が等価であることを理解することができるであろう。その解には平方根が含まれるため、可能な数学的な解が二つ存在する。
Bにより画定される小さな方の数値解は、誤差アダプタXの方向性誤差係数1901に対応する。Aにより画定される大きな方の数値解は、信号源整合性1902と反射追従性、反射追従性1903の数学的組み合わせとなる。
【0049】
上述の如く、約500 MHz以下の周波数では、線路401の寸法は非常に大きく、非実用的なものとなる。方向性1901及びより低い周波数に対するAにより表わされる解の計算には、線路601の代わりに二つの高品位整合負荷501から採取した測定値が利用される。整合負荷501が測定ポートに完全に整合し、零反射係数を有することを仮定している。式(5)〜(14)に示す同じアルゴリズム化公式を利用する。二つの整合負荷からの測定結果の使用を理解するため、通過601がS21thru=S12thruにより画定される非零長伝送係数を有することに注意する。整合負荷501は、S21load=S12loadにより画定される伝送絶縁係数を有する。整合負荷501間の高い絶縁性のために、S21loadの値は零に近くなる。したがってSパラメータのTパラメータへの変換における零による除算の曖昧さを避けるために、S21loadは10− 10のような非常に小さいが零ではない値、非零値に設定される。このことから、より低い周波数におけるTact_xを計算することができ、下式により与えられる。
【0050】
【数8】
【0051】
先に示したように、式(4)及び(5)を利用することによって、結果を式(6)に代入し、S21_thru/10− 10の項を排除することで、式(11)及び(12)を導く。整合負荷501からのSパラメータを式(8)を利用して補正し、Smeas13_load_correctedを得て、さらに、これを式(1)を用いて変換し、Tmeas13_load_correctedを得る。Tmeas13_load_correctedの項は、線路401の測定項に代えてTmeas13_xの計算に利用される。したがって式(11)及び(12)における計算は、線路401に対するものと同一となる。
【0052】
同様の処理が、誤差アダプタYにおける項の計算に対して実施される。式(2)及び(3)から始め、以下の関係を画定する。
Tact_y=Tact_thru −1Tact_line (16)
及び
Tmeas_y=Tmeas_thru −1Tmeas_line (17)
さらに次式を書き表わすことができる。
Tact_yTy=TyTmeas_y (18)
【0053】
図19を詳細に参照すると、DUT 101を見たときに、ポート1が右側でポート2が左側である場合の、Sパラメータによる誤差アダプタYに関するTパラメータ行列についての既知の変換は、下記となる。
【0054】
【数9】
【0055】
したがって、行列SyはTyで表わされる対応Tパラメータへ変換される。Tmeas13_thru_corrected行列及びTmeas13_line_corrected行列は既に計算され、下記のTmeas13_yの計算用に式(17)で利用される。
【0056】
【数10】
【0057】
式(18)を利用して、この関係を式(16)及び(17)に代入し、S21thru /S21lineの項を排除することにより、第1の対向対に対する次式を書き表わすことができる。
【0058】
【数11】
【0059】
及び
【0060】
【数12】
【0061】
式(19)から、誤差アダプタYに対するSパラメータの対応に関して、Ty12/Ty11、Ty22/Ty21は下式により与えられる。
Ty12/Ty11=−Sy11=D (23)
及び
Ty22/Ty21=(Sy12Sy21/Sy22)−Sy11=C (24)
【0062】
当業者には明らかなことであるが、式(21)及び(22)は等価であり、何故ならば平方根が二つの解を有するからである。Sy11により画定される小さな方の値、すなわち第1の解は、Y誤差アダプタの方向性誤差に対応する。Cにより画定される大きな方の値、すなわち第2の解は、Y誤差アダプタに関する誤差係数((Sy12Sy21/Sy22)−Sy11)に対応する。
【0063】
図3及び4に例示する高反射較正標準を測定する較正手順の一部を参照すると、高反射標準301が、第1の対向対の一つの測定ポート1031に接続され、同じ高反射標準301が測定ポート1031から切り離され、さらに対向対の他の測定ポート1033へ接続されている。図19を詳細に参照すると、以下の式を書き表わすことができる。
Γmeas_reflect_x=Sx11+{Sx12Sx21Γact_reflect_x/(1−Sx22Γact_reflect_x)} (25)
ここで、Γmeas_reflect_xは第1の測定チャンネルへ接続可能な測定ポート、すなわち第1の対向対の測定ポート1031における高反射標準301の測定反射係数であり、Γact_reflect_xは同じ測定ポート1031における高反射標準の実際の反射係数である。同じ高反射較正標準301が、第1の対向対の反対側のポート、すなわち具体例における測定ポート1033に接続されている。誤差アダプタYについて、以下の式を書き表わすことができる。
Γmeas_reflect_y=Sy11+{Sy12Sy21Γact_reflect_y/(1−Sy22Γact_reflect_y)} (26)
ここで、Γmeas_reflect_yは測定ポート1033における高反射標準301の測定反射係数であり、Γact_reflect_yは測定ポート1033における高反射標準の実際の反射係数である。測定ポート1031に関する高反射標準の測定反射係数についての値Γmeas_reflect_xは、以下の測定及び保存配列Areflect_1/R1reflect_1から得られる。同様に、測定ポート1033に関する高反射標準の測定反射係数についての値Γmeas_reflect_yは、以下の測定及び保存配列Breflect_3/R2reflect_3から得られる。同じ高反射標準が測定ポート1031、1033に接続されているため、式(25)のΓact_reflect_xと式(26)のΓact_reflect_yを解き、Γ項を互いに等しく設定することができる。結果得られた関係と式(13)、(14)、(23)、(24)、(25)、(26)から、以下の関係を書き表わすことができる。
Sx22=(B−Γmeas_reflect_x)(C−Γmeas_reflect_y)Sy22/(A−Γmeas_reflect_x)(D−Γmeas_reflect_y) (27)
当業者には明らかであるように、式(27)は二つの未知の項を有するが、Sy22に関してSx22の表現を可能にしている。したがって、これら二つの未知の項を解くために、他の関係が必要である。
【0064】
図7、19を詳細に参照すると、以下の式を書き表わすこともできる。
Γmeas_thru11=Sx11+{Sx12Sx21Sy22/(1−Sx22Sy22)}
(28)
ここで、Γmeas_thru11は第1の測定チャンネル111へ接続可能な第1の対向対の測定ポートに関するAf13_thru/R1f13_thruとして測定される。式(13)、(14)、(23)、(24)から、以下の式を書き表わし、Sx22を計算することができる。
【0065】
【数13】
【0066】
Sx22は、第1の測定ポート1031における信号源整合性誤差係数である。式(29)の平方根のために、Sx22には二つの解が存在する。しかしながら、高反射較正標準の偏角の近似値をとることによって、正しい選択を行なうことができる。例えば、短絡較正標準は偏角180度を有する筈であり、開回路較正標準は零度の偏角を有する筈である。値が零ではない非零通過601を利用する場合、さらに反射301の位相回転は非零通過の電気的長さから計算される。この計算から、式(29)からSx22に関する補正解が明らかとなる。したがって、短絡回路か開放回路かの反射301の種別と、非零通過の電気的長さを知らなければならない。反射301がオフセット短絡である場合には、オフセットの位相を知る必要もある。
【0067】
Sx22についての値が既知である場合、Sy22についての値は式(27)から計算することができる。Sy22は、第2の測定チャンネル112へ接続可能な測定ポート、すなわち具体例では測定ポート1033における誤差アダプタYの信号源整合誤差係数である。
【0068】
Sx22についての明確な値が既知であるため、式(13)、(14)、(29)が誤差アダプタXに関する反射追従係数の計算を可能にし、
Sx12Sx21=(B−A)Sx22 (30)
によって与えられる。
【0069】
同様に、Sy22についての明確な値と、式(23)、(24)、(27)が誤差アダプタYに関する反射追従係数の計算を可能にし、
Sy12Sy21=(D−C)Sy22 (31)
によって与えられる。
【0070】
処理におけるこの時点で、誤差アダプタXと誤差アダプタYに関する方向性と信号源整合性と反射追従性、反射追従性が画定される。X誤差アダプタは、第1の測定チャンネル111へ接続可能な測定ポート103と直列に示される人為的誤差として画定されている。同様に、Y誤差アダプタは、第2の測定チャンネル112へ接続可能な測定ポート103と直列に示される人為的誤差として画定されている。
【0071】
具体的な4ポート実施形態において、ここに記載した測定ポート1031及び1033に関する測定と計算が、測定ポート1031に関連する誤差アダプタXに対する方向性と信号源整合性と反射追従性、反射追従性と、測定ポート1033に関連する誤差アダプタYに対する方向性と信号源整合性と反射追従性、反射追従性をもたらす。測定ポート1031、1033に対して、ここに記載した同じ測定及び計算が第2の対向対に関して実施される。具体的には、測定及び計算が、測定ポート1032と1034について行なわれ、測定ポート1032に関連する誤差アダプタXに関する方向性と信号源整合性と反射追従性と、測定ポート1034に関連する誤差アダプタYに関する方向性と信号源整合性と反射追従性がもたらされる。多ポート実施形態では、各対向対に対して同じ測定と計算を実施し、第1の測定チャンネル111に接続可能な対向対の測定ポートに関連する誤差アダプタXに対する方向性と信号源整合性と反射追従性をもたらし、第2の測定チャンネル112に接続可能な対向対の測定ポートに関連する誤差アダプタYに対する方向性と信号源整合性と反射追従性をもたらす。したがって、2NポートDUT 100は、それに関連するN個の異なるX誤差アダプタとN個の異なるY誤差アダプタを有する。
【0072】
第1の対向対における具体例ではAf13_termthru/R1f13_termthru配列とBf13_termthru/R1f13_termthru配列である終端した通過601に対して行なった順方向反射及び伝送測定値を利用することによって、第2の測定チャンネル112へ接続可能な測定ポートに出現する負荷整合誤差係数と第1の対向対に関する順方向伝送追従誤差係数を解くことが可能になる。測定ポート1033に対する負荷整合ΓL3と第1の対向対に対する順方向伝送追従性τ13は、下式で与えられる。
【0073】
【数14】
【0074】
及び
τ13=(Bf13_termthru/R1f13_termthru)(1−Sx22ΓL3) (33)
【0075】
第1の対向対の具体例ではAr13_termthru/R2r13_termthru配列とBr13_termthru/R2r13_termthru配列である逆方向反射及び伝送測定値を利用することによって、第1の測定チャンネル111へ接続可能な測定ポートに出現する負荷整合誤差係数と第1の対向対に対する逆方向伝送追従誤差係数を解くことが可能である。測定ポート1031に対する負荷整合ΓL1と逆方向伝送追従係数τ31は、下式で与えられる。
【0076】
【数15】
【0077】
及び
τ31=(Ar13_termthru/R2r13_termthru)(1−Sy22ΓL1) (35)
【0078】
具体的な例示においては、第2の対向対に対する終端された通過からなる測定値を利用して、測定ポート1031及び1033について説明する式(32)〜(35)に示すのと同じアルゴリズム化公式が、測定ポート1032及び1034に適用される。
したがって第1及び第2の対向対の各測定ポートに対する方向性と信号源整合性と反射追従性と負荷整合誤差係数並びに、第1及び第2の対向対に対する順方向伝送追従誤差係数及び逆方向伝送追従誤差係数が画定される。本発明の教示による方法の多ポート実施形態では、全ての対向対の各測定ポートに対する方向性と信号源整合性と反射追従性と負荷整合誤差係数並びに、全ての対向対に対する順方向伝送追従誤差係数及び逆方向伝送追従誤差係数が同様に画定される。
【0079】
第1の非対向対すなわち測定ポート1031及び1034を利用した通過601に対する測定値を使用し、順方向伝送追従誤差係数τ14及び逆方向伝送追従誤差係数τ41が画定される。測定及び保存配列Af14_thruterm/R1f14_thruterm及びBf14_thruterm/R1f14_thrutermを式(33)と同様の式に代入し、測定及び保存配列Ar14_thruterm/R2r14_thruterm、Br14_thruterm/R2r14_thrutermを式(35)と同様の式に代入する。各測定ポート103に対する既に計算済みの負荷整合誤差係数を利用して、測定ポート1031及び1034からなる非対向対に対する順方向伝送追従性及び逆方向伝送追従性を下記の如く計算する。
τ14=(Bf14_termthru/R1f14_termthru)(1−Sx22ΓL4) (36)
及び
τ41=(Ar41_termthru/R2r41_termthru)(1−Sx22ΓL1) (37)
【0080】
同様の計算が残る非対向対に対して行なわれる。例示した具体的な実施形態では、測定及び保存配列Af23_thruterm/R1f23_thruterm、Bf23_thruterm/R1f23_thrutermが、測定ポート1032及び1033からなる非対向対に対する順方向伝送追従誤差係数の計算に利用され、測定及び保存配列Ar23_thruterm/R2r23_thruterm、Br23_thruterm/R2r23_thrutermが同じ非対向対に対する逆方向伝送追従誤差係数の計算に利用される。
【0081】
ここでは「近傍対」と呼ぶ、同じ測定チャンネル、すなわち第1の測定チャンネル111又は第2の測定チャンネル112のいずれかに接続可能な測定ポート103間の順方向伝送追従誤差係数及び逆方向伝送追従誤差係数を計算する。具体的な実施形態では、近傍対は測定ポート1031と1032、測定ポート1033と1034である。近傍対の関連する順方向伝送追従誤差係数及び逆方向伝送追従誤差係数は、τ12、τ21、τ34、τ43であり、これらは測定と計算を介して、又は純粋な計算を介してのいずれかにより画定することができる。順方向伝送追従誤差係数及び逆方向伝送追従誤差係数の純粋な計算に関する方法は、’040特許出願に教示されている。
【0082】
近傍対の両測定ポート103が第1の測定チャンネル111へ接続可能である各近傍対に対する順方向伝送追従誤差係数は、通過601を近傍対の測定ポート103間に接続し、信号発生器105を近傍対のうちの第1の測定ポート103へ接続し、サンプリングアーム113を局部終端インピーダンス116で終端することによって測定し計算される。命名することを目的として、近傍対の第1の測定ポート103を「ポートF」と呼ぶ。命名することを目的として「ポートG」と呼ぶ近傍対の他の測定ポート103は、局部終端インピーダンス104で終端され、対応するサンプリングアーム113が第1の測定チャンネル111に接続されている。VNA 200は、基準信号に対する伝送応答の比AfFG_termthru/R1fFG_termthruを測定し保存する。この比が、下記の伝送追従誤差係数式において利用される。
τFG=(AfFG_termthru/R1fFG_termthru)/(1−Sx22_portFΓportF) (38)
【0083】
近傍対の両測定ポート103が第1の測定チャンネル111へ接続可能である同じ近傍対、すなわちポートF及びポートGに対する逆方向伝送追従誤差係数は、近傍対の測定ポート103間に通過601の接続を保ち、信号発生器105を近傍対のうちの第2の測定ポート103へ接続し、サンプリングアーム113を局部終端インピーダンス116で終端することにより測定し計算される。近傍対の第1の測定ポート103は局部終端インピーダンス104で終端され、対応するサンプリングアーム113は第1の測定チャンネル111へ接続されている。VNA 200は、基準信号に対する伝送応答の比ArFG_termthru/R1rFG_termthruを測定し保存する。この比は下記の伝送追従誤差係数式において利用される。
τ=(ArFG_termthru/R1fFG_termthru)/(1−Sx22_portGΓportG)
(39)
【0084】
例示を目的として、図20を詳細に参照すると、図20は、ポート1031及び1032からなる近傍対に対する順方向伝送追従誤差係数及び逆方向伝送追従誤差係数を画定するための接続線図を示す。順方向伝送測定は、信号発生器105を第1の信号経路107へ接続することによって行われる。切替回路網150は、第1の信号経路107が測定ポート1031へ接続され、対応するサンプリングアーム1131が局部サンプリングアームインピーダンス1161で終端されるように構成されている。さらに切替回路網150は、測定ポート1032が局部終端インピーダンス1042で終端され、サンプリングアーム1132が第1の測定チャンネル111に接続されるように構成されている。信号発生器105が所望の周波数範囲を画定する複数の周波数にわたって掃引し、比Af12_termthru/R1f12_termthruを測定する。式(37)を利用して、近傍対に対する順方向伝送追従誤差係数が下記のように計算される。
τ12=(Af12_termthru/R1f12_termthru)(1−Sx22_port1Γport1)通過601の接続と信号切替スイッチ106の構成はそのまま維持されている。図21を詳細に参照すると、切替回路網150が、測定ポート1032が第1の信号経路107へ接続され、対応するサンプリングアーム1132が局部サンプリング終端インピーダンス1162で終端されるように再構成されている。加えて、切替回路網150は、測定ポート1031が局部終端インピーダンス1041で終端され、サンプリングアーム1131が第1の測定チャンネル111へ接続されるように構成されている。信号発生器105が所望周波数範囲を画定する複数の周波数にわたって掃引し、比Ar12_termthru/R1r12_termthruを測定する。式(38)を利用して、近傍対に対する逆方向伝送追従誤差係数が下記のように計算される。
τ21=(Ar12_termthru/R1r12_termthru)(1−Sx22_port2Γport2)例示する実施形態では測定ポート1033及び1034からなる近傍対である残る近傍対に対して、同じ測定と計算手順が繰り返される。当業者には明らかであるように、第2の測定チャンネル112へ接続可能な近傍対に対する測定は同じ手順を利用して実施されるが、測定装置として第2の測定チャンネル112と第2の基準チャンネル202を使用する。多ポート実施形態では、測定及び計算手順が全ての近傍対に対して繰り返される。
【0085】
図22〜26を詳細に参照すると、それらの図には、本発明の教示による方法のフローチャートを示し、ここでは反射標準301が第1の対向対の一つのポートへ接続(2201)され、切替回路網150が、VNA 200により、刺激に対する反射の比を測定(2202)するように構成されている。図3を参照されたい。この比は、所望周波数範囲内の多数の周波数に対して一つの値をもたらす。その数値はデータ配列内に保存され、そこではデータ配列の各成分が単一の周波数で測定された比を保持する。さらに反射301は切り離され、対向対の他のポートへ再接続(2203)され、切替回路網150は再構成され、対向対内の他のポートは刺激され、刺激に対する反射応答の比が測定されて別のデータ配列内に保存(2204)される。図4を参照されたい。好適な実施形態において、全ての測定を行なう所望の周波数範囲は同一である。この場合、データ配列内の各成分は、所望の周波数範囲に沿う同じ周波数点における測定結果を表わす。
【0086】
フローチャートは、同じ対向対のポート間の線路401の測定用の切替回路網150を接続するステップ(2301)と構成するステップ(2302)に続く。VNA 200は、第1の基準チャンネル201及び第2の基準チャンネル202だけでなく、第1の測定チャンネル111及び第2の測定チャンネル112においても対向対の測定ポート103における順方向反射及び伝送応答を測定(2302)する。さらに切替回路網150は逆方向測定用に再構成(2303)され、さらにVNA 200は第1の基準チャンネル201及び第2の基準チャンネル202だけでなく、第1の測定チャンネル111及び第2の測定チャンネル112においても対向対の測定ポート103における逆方向反射及び伝送応答を測定(2303)する。フローチャートには図示していないが、図6に示す整合負荷501の接続及び測定によって、より低い周波数範囲まで拡張される。
【0087】
図23、7、8を詳細に参照すると、フローチャートは、通過601を同じ対向対の測定ポート103へ接続(2401)するステップに続く。切替回路網150は、通過601の順方向測定用に構成(2402)され、順方向反射及び伝送応答と基準チャンネル信号が測定されてデータ配列内に保存される。さらに切替回路網150は、逆方向測定用に再構成(2403)され、逆方向反射及び伝送応答と基準チャンネル信号が測定されてデータ配列内に保存される。
【0088】
図23、9を詳細に参照すると、通過601は接続されたままであり、切替回路網150は順方向測定用に再構成(2501)され、通過601は切替回路網150内で局部インピーダンス104で局部的に終端されている。局部的に終端された通過601の順方向反射及び伝送応答は、基準チャンネル信号と同様に測定され保存される。さらに切替回路網150は、局部的に終端された通過601の逆方向測定用に再構成(2502)され、逆方向反射及び伝送応答と基準チャンネル信号が測定されて保存される。
この手順は、測定ポートの全ての対向対に対して反復(2503)される。フローチャートに示す添え字n及びmは、この手順を測定ポートの全ての対向対にわたって歩進させることを表わす。当業者には明らかなことであるが、対向対はここに例示したものとは異なる方法で画定することができ、その場合には参照符号2504により示す対向対を介する歩進ステップが異なる手法を利用する。次の対向対への歩進の後、処理ステップは全ての対向対が測定し終わるまで反復(図22の接続子Eを参照)する。第2の対向対上になされる測定の例示的表現については、図10〜16を参照のこと。
【0089】
図24、19を詳細に参照すると、X誤差アダプタ1910に対する方向性1901と信号源整合性1902と反射追従性1903誤差係数が、保存されたデータ配列から計算(2601)される。Y誤差アダプタ1920に対する方向性1904と信号源整合性1905と反射追従性1906誤差係数もまた、保存されたデータ配列から計算(2602)される。さらに、この計算結果を利用することにより、負荷整合及び伝送追従誤差係数がX誤差アダプタとY誤差アダプタの双方に対して計算される。この計算手順は、全ての対向対に対して反復(2604)される。
【0090】
図24、17、18を詳細に参照すると、通過601が第1の非対向対の測定ポート103間に接続(2701)されている。切替回路網150は、通過601が切替回路網150内で局部的に終端された状態で順方向測定用に構成(2702)されている。順方向反射及び伝送応答と第1の基準チャンネル及び第2の基準チャンネルが測定される。
測定結果は、追加のデータ配列内に保存される。切替回路網150は、通過601が切替回路網150内で局部的に終端された状態での逆方向測定用に再構成(2703)されている。逆方向反射及び伝送応答と第1の基準チャンネル及び第2の基準チャンネルが測定される。測定結果はデータ配列内に保存される。この手順は全ての非対向対に対して反復(2704)される。当業者には明らかなことであるが、非対向対は多くの異なるやり方で画定することができる。フローチャートは、第1の測定チャンネル111へ接続可能な測定ポート103を1からN−1まで歩進させ、その一方で第2の測定チャンネル112へ接続可能な測定ポート103をN+2から2Nまで歩進させる一つの方法を例示している。最後の非対向対は、測定ポート103Nと103N+1の間にある。非対向対を作り上げる測定ポート103の定義に依存する他の方法は、ここに例示したものとは異なる。
【0091】
図25を詳細に参照すると、フローチャートは各非対向対に対する伝送追従係数を計算するステップ2801に続く。その手順は非対向対の測定部分と同じ方法で全ての非対向対にわたって歩進(2802)させる。
【0092】
図25、20、21を詳細に参照すると、さらにこの手順は、近傍対を構成する測定ポート103間に通過601を接続させるステップに続く。例示する実施形態では、近傍対は互いに隣接する測定ポート103である。通過601は、図20に示すように第1の近傍対の間に接続(2803)され、切替回路網150は局部的に終端された状態で通過601の順方向測定用に構成(2804)されている。図20を参照されたい。第1の基準チャンネルにより測定される刺激に対する順方向伝送応答の比は、測定されてデータ配列内に保存(2804)される。切替回路網150は、逆方向測定用に再構成(2805)される。図21を参照されたい。第1の基準チャンネルにより測定される刺激に対する逆方向伝送応答の比は、測定されてデータ配列に保存(2805)される。近傍対に対するステップが、各近傍対ごとに反復(2806)される。当業者には明らかなことであるが、各近傍対ごとの手順を反復するループ(2806)内で、測定ポート103を歩進させる方法は、n=1、m=n+1として、測定ポート103n及び103mから始まる。nとmが実際には非対向対を画定するという一つの条件はあるが、手順を通じてnとmは共に歩進する。その場合、処理ステップは実行されない。
【0093】
図26を参照すると、フローチャートは近傍対のそれぞれに対して伝送追従誤差係数を計算するステップ2901に続く。
【0094】
全ての系統的誤差係数が画定されると、DUT 101が測定(2902)用に挿入される。さらに測定されたDUTデータは、ここに教示されたように計算された全ての系統的誤差係数を利用して’040特許出願の教示にしたがい補正(2903)される。好都合なことに、本願明細書の教示による方法及び装置は、VNA 200を利用してDUT 101に行った測定に出現する人為的誤差の改善された特徴付けをもたらす。これにより、測定システムの一部である人為的誤差の周波数応答寄与とは異なるDUT 101の周波数応答のより正確な特徴付けがもたらされる。
【0095】
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
1. 測定経路較正装置であって、
少なくとも二つの基準受信器(201、202)及び、二つの測定チャンネル(111、112)及び、Nを整数としたときに全部で2N個の測定ポート(103)を有するベクトルネットワークアナライザ(200)と、
高反射較正標準(301)が接続された場合に、前記各測定ポート(103)に対する高反射特性の測定値と、線路較正標準(401)が前記測定ポートのN個の対向対の対間に接続された場合に、当該対向対のそれぞれに対する線路順逆方向反射及び伝送特性と、通過較正標準(601)が前記測定ポートのN個の対向対の対間に接続された場合に、前記測定ポートのN個の対向対のそれぞれ対する対向通過順逆方向反射特性及び伝送特性とを測定し記録するコマンドに応答するよう構成されている前記ベクトルネットワークアナライザ内の回路網と、
前記記録された測定値に基づき、前記測定ポートの前記対向対のそれぞれに対する方向性(1901、1904)と、信号源整合性(1902、1905)と、反射追従性(1903、1906)とを計算するコマンドを受容するよう構成されているプロセッサと、を含む較正装置。
【0096】
2. さらに前記回路網が、順逆方向反射及び伝送特性を測定し記憶するコマンドに応答するよう構成され、前記プロセッサがさらに各測定ポートごとに負荷整合誤差係数を計算するよう構成されている1項記載の較正装置。
【0097】
3. さらに前記回路網が、N−1個の非対向対について順逆方向伝送特性を測定し記録するコマンドに応答するよう構成され、前記プロセッサがさらに、前記N−1個の非対向対のそれぞれについて順方向伝送追従性及び逆方向伝送追従性を計算するコマンドを受容するよう構成されている2項記載の較正装置。
【0098】
4. さらに前記回路網が、通過較正標準(601)が前記測定ポート(103)の近傍対の対間に接続された場合に、前記測定ポート(103)の近傍対の反射及び伝送特性を測定するよう構成され、前記プロセッサがさらに、前記近傍対のそれぞれについて順逆方向伝送追従誤差係数を計算するよう構成されている2項記載の較正装置。
【0099】
5. さらに前記回路網が、2Nポート装置(101)を測定してDUT反射及び伝送応答測定値を得るよう構成され、前記回路網がさらに、前記方向性(1901、1904)と信号源整合性(1902、1905)と反射追従性(1903、1906)と負荷整合性と順方向伝送追従誤差係数と逆方向伝送追従誤差係数を利用して前記DUT測定値を補正するコマンドを受容するよう構成されている3項記載の較正装置。
【0100】
6. 前記高反射標準が短絡較正標準(301)を含む1項記載の較正装置。
【0101】
7. 前記高反射標準が開放較正標準を含む1項記載の較正装置。
【0102】
8. さらに前記回路網が、切替スイッチ(106)の影響に対する前記測定ポートの前記N個の対向対に関する生の線路順逆方向反射及び伝送特性と、生の通過順逆方向反射及び伝送特性を補正するコマンドを受容するよう構成されている1項記載の較正装置。
【0103】
9. 前記回路網が、前記生の線路順逆方向反射及び伝送特性と、前記生の通過順逆方向反射及び伝送特性を次式により補正する8項記載の較正装置。
【数16】
ここで、Afは第1の測定チャンネル(111)から順方向に採取した測定値、
Arは前記第1の測定チャンネル(111)から逆方向に採取した測定値、
Bfは第2の測定チャンネル(112)から順方向に採取した測定値、
Brは前記第2の測定チャンネル(112)から逆方向に採取した測定値、
R1fは第1の基準チャンネル(201)から順方向に採取した測定値、
R1rは第1の基準チャンネル(201)から逆方向に採取した測定値、
R2fは第2の基準チャンネル(202)から順方向に採取した測定値、
R2rは第2の基準チャンネル(202)から逆方向に採取した測定値である。
【0104】
10. 前記プロセッサが前記ベクトルネットワークアナライザ(200)内に配置されている1項記載の較正装置。
【0105】
【発明の効果】
本発明は、ベクトルネットワークアナライザ200の測定経路を較正する方法に関する。ベクトルネットワークアナライザは、少なくとも二つの基準受信器201、202と、Nを整数としたときに全部で2N個の測定ポート103を有する。本発明の方法は、高反射較正標準を各測定ポート2201、2203に提供し、各測定ポート2202、2204ごとに反射特性を測定するステップを含む。さらに本方法は、線路較正標準2301及び通過較正標準2401を測定ポートのN個の対向対間に提供し、各標準に応答する反射及び伝送特性を測定する(2302、2303、2402、2403)。これらの測定値から、本方法は、測定ポート2601、2602のそれぞれに対する方向性と信号源整合性と反射追従誤差係数を計算する。
また本発明は、ベクトルネットワークアナライザ(「VNA」)200を含む測定経路較正装置に関する。VNAは、少なくとも二つの基準受信器201、202と、二つの測定チャンネル111、112と、Nを整数としたときに全部で2N個の測定ポート103とを有する。さらにこの装置は、高反射、線路、通過較正標準がそこに接続されたときに、各測定ポートに対する反射及び伝送特性を測定し(2202、2204、2302、2303、2402、2403)、記録する手段を含む。さらに本装置は、測定ポートのそれぞれに対する方向性、信号源整合性、反射追従性、負荷整合性、順方向伝送追従性、逆方向伝送追従性を計算する(2601、2602、2603、2801、2901)手段を備える。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術の測定配列とVNAを例示する図である。
【図2】本発明の教示による装置を示す図である。
【図3】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図4】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図5】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図6】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図7】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図8】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図9】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図10】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図11】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図12】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図13】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図14】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図15】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図16】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの対向対を測定するステップを示す図である。
【図17】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの非対向対を測定するステップを示す図である。
【図18】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの非対向対を測定するステップを示す図である。
【図19】X及びY誤差アダプタに対する誤差係数のフローグラフを示す図である。
【図20】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの近傍対を測定するステップを示す図である。
【図21】本発明の教示による方法の一実施形態における測定ポートの近傍対を測定するステップを示す図である。
【図22】本発明の教示による方法の一実施形態のフローチャートを示す図である。
【図23】本発明の教示による方法の一実施形態のフローチャートを示す図である。
【図24】本発明の教示による方法の一実施形態のフローチャートを示す図である。
【図25】本発明の教示による方法の一実施形態のフローチャートを示す図である。
【図26】本発明の教示による方法の一実施形態のフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
100 多ポートDUT
103、1031〜1032N 測定ポート
1041〜1042N 局部伝送インピーダンス
105 信号発生器
106 信号切替スイッチ
107 第1の信号経路
108 第2の信号経路
109 信号切替スイッチ終端負荷
110 第1の基準チャンネルサンプラ
111 第1の測定チャンネル
112 第2の測定チャンネル
113、1131〜1134 サンプリングアーム
115 サンプリングスイッチ
116 局部サンプリング終端インピーダンス
150 切替回路網
200 VNA
201 第1の基準チャンネル
202 第2の基準チャンネル
210 第2の基準チャンネルサンプラ
301 高反射較正標準
401 線路較正標準
601 通過較正標準
1901、1904 方向性誤差係数
1902、1905 信号源整合性
1903、1906 反射追従性
1910 X誤差アダプタ
1920 Y誤差アダプタ
Claims (1)
- 測定経路較正装置であって、
少なくとも二つの基準受信器(201、202)及び、二つの測定チャンネル(111、112)及び、Nを整数としたときに全部で2N個の測定ポート(103)を有するベクトルネットワークアナライザ(200)と、
高反射較正標準(301)が接続された場合に、前記各測定ポート(103)に対する高反射特性の測定値と、線路較正標準(401)が前記測定ポートのN個の対向対の対間に接続された場合に、当該対向対のそれぞれに対する線路順逆方向反射及び伝送特性と、通過較正標準(601)が前記測定ポートのN個の対向対の対間に接続された場合に、前記測定ポートのN個の対向対のそれぞれ対する対向通過順逆方向反射特性及び伝送特性とを測定し記録するコマンドに応答するよう構成されている前記ベクトルネットワークアナライザ内の回路網と、
前記記録された測定値に基づき、前記測定ポートの前記対向対のそれぞれに対する方向性(1901、1904)と、信号源整合性(1902、1905)と、反射追従性(1903、1906)とを計算するコマンドを受容するよう構成されているプロセッサと、を含む較正装置。
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