Современная электроника №9/2019

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 46 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2019 Функция Deembedding в осциллографах R&S RTP: учёт и компенсация амплитудно-фазовых искажений для пробников и измерительной оснастки Часть 1 В статье рассмотрены особенности компенсации собственных свойств измерительной оснастки при измерениях характеристик сигналов во временно ′ й области (Deembedding). В первой части приведены теоретические и практические основы реализации функции Deembedding и её ограничения. Николай Лемешко (nlem83@mail.ru ) , Павел Струнин (Pavel.Strunin@rohde-schwarz.com) , Михаил Горелкин (Mikhail.Gorelkin@rohde-schwarz.com ) В ВЕДЕНИЕ Современные подходы к обработке информации в первую очередь ориен- тированы на увеличение её объёмов и достижение максимально возможно- го быстродействия. Это приводит не только к перераспределению частотно- го ресурса [1] в пользу смещения ради- отехнологий в область более высоких частот и к необходимости разработ- ки новых материалов и технических средств, но и оказывает прямое влия- ние на требования, предъявляемые к современным средствам измерений. Увеличение объёмов передавае- мой информации неизбежно приво- дит к расширению требуемой поло- сы частот. Это всеобщее правило дей- ствует для представления сигналов и в цифровом, и в аналоговом виде. Вме- сте с тем на результаты измерений на частотах выше 1 ГГц существенное вли- яние оказывают собственные ампли- тудно-фазовые свойства измеритель- ной оснастки и пробников, приме- няемых, например, для подключения контрольных точек оборудования к осциллографу. Если они не будут ком- пенсированы, то даже самые лучшие из доступных на сегодня средств измере- ний не смогут дать оценку характери- стик измеряемых сигналов с указанной в их технической документации точно- стью. Традиционный и наиболее про- стой способ осуществления такой ком- пенсации [2] предполагает учёт только амплитудных свойств измерительной оснастки. Он реализуется путём введе- ния поправки на потери, например, в линии передачи, соединяющей тести- руемое устройство со средством изме- рений. Такой подход пригоден только для узкополосных сигналов с занима- емой полосой до 10% от центральной частоты при условии, что в её преде- лах потери можно считать постоянны- ми. Использование фазостабильных кабелей, отличающихся более низки- ми потерями и меньшей неравномер- ностью группового времени задержки, принципиально не решает проблему и приводит только к уменьшению вводи- мой поправки. Что касается широкополосных сигна- лов, то для них введение поправок тако- го рода не практикуется, т.к. использо- вание усреднённых значений потерь будет вносить в результаты измере- ний неконтролируемые погрешности, а пренебрежение фазовыми характери- стиками делает ситуацию ещё более неопределённой. Один из способов уменьшения вли- яния измерительной оснастки состо- ит в использовании для её изготовле- ния материалов, отличающихся высо- кой стабильностью электрофизических свойств при изменении частоты. Такие материалы применяются, например, для изготовления печатных плат гига- битной электроники [3], что наряду с использованием микроэлектрон- ной технологии уже стало нормой и для изготовления пробников гигагер- цового диапазона [4]. К сожалению, такой подход оказывается недоста- точно эффективным, если речь идёт об измерениях амплитудных и временны ′ х характеристик цифровых сигналов с битовой скоростью более 1 Гбит/с. Важ- но отметить, что в эту категорию попа- дают все высокоскоростные интер- фейсы оборудования информацион- ных технологий, например USB 3.2 (до 20 Гбит/с), Thunderbolt (до 40 Гбит/с), HDMI (до 48 Гбит/с), DisplayPort (до 80 Гбит/с). Соответственно, для сигна- лов со столь высокими битовыми ско- ростями следует использовать другие принципы учёта собственных свойств измерительной оснастки. Целью настоящей публикации явля- ется освещение и анализ принципов компенсации собственных свойств измерительной оснастки на основе внедрения виртуальных цепей, кото- рые реализуются в современных изме- рительных приборах, в частности в новейших осциллографах R&S RTP, появившихся на рынке средств изме- рений в середине 2019 года. В даль- нейшем такую компенсацию будем называть функцией Deembedding («исключение») в соответствии с обще- принятым англоязычным наименова- нием. В ЛИЯНИЕ АМПЛИТУДНЫХ И ФАЗОВЫХ ИСКАЖЕНИЙ НА РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ Прежде чем рассматривать способ компенсации собственных свойств измерительной оснастки на основе внедрения виртуальных цепей, целе- сообразно оценить на качественном уровне их влияние на форму широко- полосных сигналов. Рассмотрим пере- дачу одиночного импульса с единич- ной амплитудой и длительностью τ в коаксиальном кабеле единичной дли- ны. Такую линию передачи можно оха- рактеризовать удельными амплитуд- но-частотной и фазо-частотной харак- теристиками, зависимость которых от