Современная электроника №9/2019

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 48 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2019 опций, например функционирующих на аппаратно-программной платфор- ме современных осциллографов, таких как серии R&S RTO и R&S RTP. Данная проблема усугубляется темфактом, что с расширением полосы частот всё боль- шую роль играет рассогласование меж- ду объектом измерений и оснасткой, которое также искажает форму иссле- дуемого сигнала. Таким образом, для получения объек- тивных результатов измерений ампли- тудных и временны ′ х характеристик сигналов с широкой полосой необхо- димо каким-либо образом компенси- ровать свойства пробников и других элементов, задействованных в соста- ве измерительной цепи. Рассмотрен- ные выше простейшие подходы для этой цели оказываются непригодными. Т ЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕАЛИЗАЦИИ ФУНКЦИИ D EEMBEDDING В СРЕДСТВАХ ИЗМЕРЕНИЙ : ВНЕДРЕНИЕ ВИРТУАЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ Вопросы реализации функции Deembedding были впервые прорабо- таны до уровня практической приме- нимости компанией Rohde&Schwarz в начале 1990-х годов для решения зада- чи тестирования фильтров на поверх- ностных акустических волнах. Требо- валось исключить влияние цепей и их подключений на результаты измерений и устранить необходимость использо- вания эталонных образцов фильтров, в которых такие цепи физически уда- лены. Решение этой задачи позволило применять различные измерительные установки и одновременно обеспечива- ло повторяемость и воспроизводимость результатов измерений, однако не явля- лось универсальным, в т.ч. по причи- не компенсации свойств исключаемых цепей посредством введения физиче- ских элементов. Базовое теоретическое положение для реализации функции Deembedding состоит в том, что введение в некото- рую цепь пары блоков с взаимно ком- пенсирующими друг друга передаточ- ными функциями будет эквивалентно их совместному отсутствию. Если такие блоки вводятся как виртуальные, то их структура и свойства могут изменять- ся в широких пределах, но физиче- ская реализация в целом даст такой же эффект. С точки зрения метрологии измерительная оснастка даёт систем- ную погрешность, которая может быть компенсирована следующим образом. Пусть для схемы измерений (см. рис. 2) она характеризуется передаточной функцией Е , которая может задаваться, например, матрицей S-параметров, где каждый элемент в общем случае зави- сит от частоты. В такой системе реаль- ное и требуемое измерительные сече- ния не совпадают, и, соответственно, оснастка оказывает влияние на резуль- таты измерений. Виртуальная цепь, которая должна содержать пару взаим- но компенсирующих элементов, может быть введена только перед входом сред- ства измерений, в то время как введе- ние физически существующих бло- ков принципиально возможно и до, и после измерительной оснастки. Введе- ние виртуальных цепей принято обо- значать как Embedding. Переход к схеме измерений с парой виртуальных цепей позволяет полу- чить новое измерительное сечение, которое будет расположено между элементами с взаимно компенсирую- щими передаточными функциями V 1 и V 1 –1 . Такое смещение осуществляет- ся одновременным сочетанием соот- ветствующих моделей и измерений, и это позволяет получить их результаты для виртуального измерительного сече- ния. При известной функции Е выбор свойств внедрённых цепей целесоо- бразно осуществлять так, чтобыфунк- ции Е и V 1 –1 взаимно компенсировали друг друга, и тогда виртуальное измери- тельное сечение совмещается с требуе- мым, а результаты реализации функции Deembedding позволяют полностью исключить влияние измерительной оснастки, что равносильно соедине- нию измерительного и тестируемого устройств без использования проме- жуточных элементов, т.е. «порт-в-порт». Виртуальные цепи могут вводиться в ходе цифровой обработки сигналов, реализуемой на аппаратно-программ- ной платформе средства измерений. При всей кажущейся простоте реали- зация функции Deembedding требует большого объёма вычислений и име- ет ряд специфических аспектов. В наи- более простых случаях в качестве вне- дряемых виртуальных цепей применя- ют сочетания пассивных элементов с идеализированными моделями сопро- тивлений, ёмкостей, индуктивностей, линий передачи, дающих как запазды- вание, так и опережение, и работающих в режиме холостого хода и короткого замыкания. Такого набора элементов оказывается достаточно для компен- сации наиболее часто встречающих- ся элементов измерительных цепей – линий передачи и большинства проб- ников. Вместе с тем для качественной реализации функции Deembedding в широкой полосе частот необходи- мо иметь полное описание свойств оснастки во всём диапазоне частот. Кроме того, далеко не всегда очевид- но, как построить виртуальную цепь, в которой будет достигнуто совмеще- ние виртуального и требуемого изме- рительного сечения. В книге [7] приводится пример допол- нения несогласованного тройника вир- туальными цепями, при помощи кото- рых достигается согласование по вхо- дам для его использования в качестве аттенюатора в полосе частот до 8 ГГц с компенсацией отрезков его внутрен- них линий передачи. Показано, что подбор таких цепей может осущест- вляться на основе анализа конструк- ции измерительной оснастки, кото- рый, однако, является весьма нетри- виальной задачей. Отсюда следует, что задание свойств измерительной оснастки, или, как принято говорить, её характеризация, должно выпол- няться каким-либо иным способом, без привязки к конкретной тополо- гии схемы и с минимально необходи- мым участием пользователя. Приемле- Рис. 2. Принцип реализации функции Deembedding на основе внедрения виртуальных цепей Реальное измерительное сечение Средство измерений Оснастка (Е) Оснастка (Е) Тестируемое устройство Требуемое измерительное сечение Внедрение виртуальных цепей Тестируемое устройство Визуализация Визуализация Обработка Обработка Средство измерений Виртуальная цепь 1 (V 1 ) Виртуальная цепь 2 (V 1 –1 ) Виртуальное измерительное сечение В случае взаимной компенсации передаточных функций E и V 1 –1 виртуальное измерительное сечение совпадает с требуемым Требуемое измерительное сечение