Современная электроника №9/2019

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 49 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2019 мым и потому широко применяемым решением являются непосредственно измеренные для конкретных образ- цов оснастки зависимости комплекс- ных S-параметров от частоты, при этомфункция Deembedding реализует- ся путём прямой компенсации. Такие измерения могут быть выполнены с использованием векторных анализа- торов цепей или специальных аппа- ратно-программных опций в составе некоторых осциллографов, в т.ч. серии R&S RTP. В практике измерений часто встре- чаются схемы, когда элементы оснаст- ки соединены последовательно. Полученные для них собственные характеристики в виде S-параметров оказываются малопригодными, т.к. требуют сложного и объёмного пере- счёта результатов измерений. Луч- шим решением является переход к Т-параметрам, оптимизированным для каскадного включения [2] и, что не менее важно, для получения харак- теристик компенсирующей цепи. Так, если в составе оснастки имеется два элемента А и B с описанием, задан- ным матрицами [ТА] и [ТB], то харак- теризация всей цепи задаётся матри- цей [T] = [ТА] × [ТB]. При этом матрица [T] –1 будет описывать свойства ком- пенсирующей виртуальной цепи для всей измерительной оснастки. Количе- ство звеньев в составе измерительной оснастки при этом принципиально не ограничено. Взаимосвязь элементов матриц S- и T-параметров известна и описана в литературе [2]. Использование матриц Т-параметров не только упрощает вычисления, но и даёт возможность частичной компен- сации отдельных элементов, т.е. допол- нительную гибкость в алгоритмах выполнения функции Deembedding. В общем случае она может использовать- ся и для многопортового подключения средств измерений, и тогда матрицы с S- и T-параметрами приобретают соот- ветствующую размерность. Другой важнейший аспект реали- зации функции Deembedding связан непосредственно со смещением изме- рительного сечения [7]. S-параметры всегда рассчитываются относительно некоторого опорного значения импе- данса. Так для входа осциллографа при измерениях в диапазоне сверх- высоких частот он обычно составля- ет 50 Ом, это же значение обеспечива- ет приемлемые условия согласования с типовыми линиями передачи печат- ных узлов [3, 6]. В то же время переход к новому измерительному сечению требу- ет оценкиформы сигнала на входе вир- туальной цепи (см. рис. 2). Для правиль- ного решения этой задачи применяется перенормировка импеданса, результат которой определяет режим работы вир- туального измерительного порта. Новое значение опорного импеданса обычно определяется, исходя из условия либо полного согласования, либо переда- чи наибольшей мощности в оконеч- ную нагрузку измерительной цепи. В особо сложных случаях измеряемый сигнал при обработке раскладывает- ся на составляющие общего и диффе- ренциального вида, и перенормировка импеданса для них осуществляется по отдельности. Соответственно, и резуль- тат измерений определяется как сумма сигналов дифференциального и общего вида в смещённом измерительном сече- нии. Такой подход, основанный на раз- ложении сигналов на моды, был заим- ствован из теории анализа распростра- нения дифференциальных сигналов в линиях передачи печатных плат. Таким образом, внедрение вирту- альных цепей в измерительную схему представляет собой универсальный инструмент для смещения измери- тельного сечения в точку подключения тестируемого устройства к оснастке и позволяет компенсировать амплитуд- но-фазовые искажения и потери рассо- гласования, если имеется характериза- ция её свойств в необходимой полосе частот. Однако существуют разновид- ности цепей, для которых функция Deembedding принципиально не может быть полноценно реализована. Т ИПОВЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ФУНКЦИИ D EEMBEDDING Как было показано выше, функция Deembedding реализуется при помощи виртуальных цепей, параметры кото- рых рассчитываются на основе харак- теризации измерительной оснастки, т.е., по сути, с одновременным примене- нием физического и математического моделирования. Собственно, из такого подхода и следуют типы цепей, а также другие условия, для которых компенса- ция невозможна. 1. Цепи, для которых зависимости S-параметров от частоты имеют полюса. Известно, что получение точ- ных результатов расчётов достижимо для систем с элементами, обладающи- ми ограниченным разбросом однотип- ных параметров [8]. К настоящему вре- мени приемлемым считается разброс в 6-8 порядков, при этом не требуется существенное увеличение количества итераций для обеспечения сходимо- сти численных методов. Если компен- сируемая оснастка содержит элементы с указанными свойствами, то в окрест- ности полюсных частот компенсация будет невозможной, например из-за большого вносимого ослабления, маскирующего свойства тестируемо- го устройства в требуемом измери- тельном сечении [7]. Соответственно, в некоторой окрестности таких частот результаты измерений с использовани- ем Deembedding не будут достоверны- ми. Примерами таких цепей являются отрезки линий передач, на некоторых частотах соответствующие холостому ходу или короткому замыканию. 2. Цепи с сигналом низкого уровня . До внедрения виртуальных цепей вход- ной сигнал средства измерений обычно подвергается усилению и оцифровке. Если он имеет весьма низкий уровень, то аддитивный шум входного тракта будет включён в результаты измере- ний, поскольку функция Deembedding не способна отделить его от полезного сигнала. Соответственно, она будет реа- лизована и для шума, что может приве- сти к ошибочному выводу о его уровне и других характеристиках в заданной точке подключения измерительной оснастки к объекту измерений. Таким образом, можно ожидать, что при достаточном уровне сигнала на входе средства измерений функция Deembedding будет осуществима для наиболее употребляемых видов изме- рительной оснастки: кабелей, пробни- ков, переходников, а также переходных плат. Если при получении характери- зации обнаружено, что зависимость S-параметров измерительной оснаст- ки от частоты имеет полюс, то это явля- ется весомой причиной для её замены на альтернативные устройства. Нали- чие полюсов часто является призна- ком неисправностей, выраженных в обрывах линий передачи, сформиро- ванных в составе элементов измери- тельной оснастки. Выше отмечалось, что характериза- ция свойств измерительной оснаст- ки обычно выполняется посредством определения частотных зависимостей S-параметров. Они находят непосред- ственное применение при векторном и скалярном анализе в частотной обла- сти, при котором отсутствует необходи-