矢量网络分析仪的原理及测试方法.ppt

1 矢量网络分析仪的原理及测试方法 深圳市南方联合实业有限公司 2 电子元器件 集成电路芯片 High-frequency device 电池 什麼是网絡分析仪的分析對象 ? Communication Computer Neo-Audio Visual 通信 多媒体 3 网絡分析仪原理 器件网絡分析方法 通過每個工作頻點的掃描去測量信号傳輸和反射的幅度与相位變化量 值 器件网絡电路 入射波 (Ein) 反射波 (Eref) 傳輸波 (Etr) Ein Eref Etr 4 A/D DSPCPU Display ATT ATT 820kHz B.P.F 20kHz L.P.F AMP 800kHz 820k 500.82MHz 811.8MHz 812.62 1312.62MHz 812.621MHz 5 500MHz XTAL Sampler 网絡分析仪原理 输 入功能 块 （ 通道） 处 理器功能 块 输 出功能 块 （Ex.：Network Analyzer with5Hz to 500MHz） 5 网絡分析仪原理 器件測量應用範圍 * 濾波器 (晶体电感电容陶瓷介貭声表面波 ) * 双工器 * 放大器 * 隔離器 * 負載，終端器 * 环路器 * 电纜綫 * 功分器 * 振蕩器 * 耦合器 * 綫圈，电容 * 延迟綫 * 天綫 6 网絡分析仪原理 被測器件應用 vs 測量功能 幅度特性 相位特性 延時特性 电 平特性 回波損耗 駐波比 阻抗圓圖 极 坐 标 圖 正交阻抗 濾波器 O O O O O O O 諧振器 O O O O O O 延 迟綫 O O 綫 圈 O 电 容器 O O 傳輸 綫 O O O O 电 纜 綫 O O O O 分配器 O O 天 綫 O O O O 磁 头 O O O 放大器 O O O O O O O 變 压 器 O O 頻率轉換器 O 各種功能模 块 O O O O O O O O O 7 网絡分析仪原理 矢量网絡分析參數 傳輸 反射 * 幅度響應 * 反射系數 * 衰減增益 * 阻抗 * 相位響應 * 導納 * 群延時 * 电压駐波比 * 前向反向傳輸 * 輸入輸出反射 8 网絡分析仪原理 S 參數（散射矩陣） b *1 b 1 a 1 前向測量 S21 S12 S11 S22 b 2 b * 2 反向測量 a 2 被測器件 S11 S12 b1 = S11 a1 + S12 a2 S21 S22 b2 = S21 a1 + S22 a2 S = 9 网絡分析仪原理 阻抗參數 1 + r Z : 被測件的复數阻抗 1 r Zo : 特性阻抗 R + jX R = Rs X = wLs = - Y = G = B = = wCs Z = 1 wCs 1 Z = G + jB 1 Rp 1 wLp Z = 阻抗复數單位能用數學描述分成实部和虛部，或者幅度和相位兩部分，為了 簡化复數阻抗的解讀，我們採用了實密斯阻抗圓图來分解讀出 10 网絡分析仪原理 系統誤差 (具有重复性的 ) * 信号源匹配 由於信号源 ,电橋 ,耦合器 ,功分器 * 負載匹配 由於被測件 * 頻率響應 連接綫損耗 ,电橋 * 定向性 駐波比电橋 潛伏的誤差 * 相對於溫度 / 時間的漂移 * 信号源 / 接收器的內部噪声 * 連接器的重复性 誤差 通過仪器的校正過程能最大的減小系統誤差的不確定度 . 11 网絡分析仪原理 數據較准 僅做頻率跟踪誤差較正 做幅度方面的頻率特性較正 執行過程簡單 ， 但由於多路反射的原因 ， 選擇 2 端口全校正能做到更准確的測量 傳輸測量 當移去被測件后 ， 使用一個直通標准器去校正頻率特 性誤差包括連接綫和連接器 反射測量 開路或短路標准器具必須被選用 當使用開路標准器時 ， 執行 NORMALIZE (THRU)功能 當使用短路標准器時 ， 執行 NORMALIZE (SHORT)功能 12 端口全校正 做反射測量時的定向性，信号源匹配和頻率跟踪的誤差校正 用於端口器件或帶有終端器的端口器件的精度反射測量 需用三種標准校正器具，開路器，短路器和負載器 測量端口： 當連接開路，短路和負載器時在每個端口獲得校正數據 ED: 定向性 ES: 信号源匹配 ER: 頻率跟踪 S11M: 測量數據 (在校正前 ) S11A: 真正數據 S11M = ED + ED 1 Es ER S11A RF IN S11M S11AER 1 ES S11A 13 - 需用 開路短路負載直通 4種標准校正器具 反射特性： 在每個端口得到開路短路負載的較正數據每個標准 器具應有与直通器相同的电子長度去消除电長誤差 傳輸特性： 用直通標准器連接並做直通短路校正 2 端口全校正 * 定向性 * 信号源匹配 * 負載匹配 * 傳輸跟踪 * 補償反射跟踪 * 高精度校正 2端口器件的所有 S 參數 14 通信 車用电子 IT 設备 游戲机 TV/DVD 應用 元器件 Advantest 网絡分析仪的應用範圍 晶体諧振器 晶体濾波器 陶瓷振盪器 陶瓷濾波器 SAW 濾波器 介貭濾波器 VHA N/A RF NA 15 蜂巢式手机的电路框图与使用的主要元器件 RX SYNTHE PA RF AMP Power Amp RF Filter RF AMP DEM MAIN CPU SUB CPU SPEAKER LCD MODULE KEY BOARD MOD CODE DATA CONT. MEMORY Microphone RX SYNTHE VCO TCXO VCO RF Filter VCO IF Filter RF Filter RF Filter ANT Duplexer DPX 高頻器件 VHF NA RF NA (R3765/R3767CG) 16 測試方案 頻率帶寬 自動設备系統測試 高頻夾具技術 自動分選處理裝置 高精度 高性能 高可靠性 低成本 高產量 网絡分析仪 做生產綫測試 進一步各種應用測試 网絡分析仪 做產品開發測試 工位測試 网絡分析仪做元器件測試的系統配置 Microwave band Mili-wave band 貭檢測試 VHF band Semi-microwave band 17 晶体諧振器測量應用 需低的噪声电 平做反諧振頻 率測量 RBW 优化測量 需小的曲綫 噪声作諧振 頻率測量 18 晶体諧振器的諧振頻率測量实例 (曲綫噪声的改善 ) | Z | | Z | RBW 10kHz RBW 10kHz 0.02dB 0.01dB (傳統型仪器 ) (R3754) 19 a. 4 元素 L1 R1 C1 C0 C0 : 並行电容 C1 : 動态电容 L1 : 動态电感 R1 : 等效串行电阻 b. 6 元素 L1 R1 C1 C0 G0 R0 C0 : 並行电容 C1 : 動态电容 L1 : 動态电感 R1 : 等效串行电阻 G0 : 极間电導 R0 : 极間电阻 晶体諧振器等效电路常數的分析應用功能 等效电路常數分析 20 解決了用傳統法做驅動电平測量的問題 10nW 100nW 100W 1st time 2nd times X times 用 RLA 法做驅動电平的測量 問題： 1. 由於需要重复掃描 , 測試速度非常慢 2. 困難地看到驅動电平的关系對於 Fr 与 CI 21 濾波器測量的一鍵應用功能 x 1dB Band width DLF DHF DLF2 DHF2 m1 p0 p1 D x 2dB Spurious level fc Constant loss Insertion loss Pass band ripple Spurious level m2 Nominal Frequency fcent Loss : Insertion loss Lossc : Constant loss BW : x1dB bandwidth fc : Center frequency DFl1 : Lower frequency at the point x1dB below DFr1 : Higher frequency at the point x1dB below DFl2 : Lower frequency at the point x2dB below DFr2 : Lower frequency at the point x2dB below Pass : Pass band ripple value Reject : Rejection level Spurious : Spurious level P0le x1 : Local min. value 1 (low frequency side of the max. value) P0le stim1 : Frequency of local min. value 1 P0le x2 : Local min. value 1 (low frequency side of the max. value) P0le stim2 : Frequency of local min. value 1 測量項目 濾波器測量 22 在无 线电话 中的主要元部件 2nd IF filter Ceramic filter 1st IF filter 2nd local synthesizer !st local synthesizer Tx circuit spacer filter Local filter Divider Power AMP Coupler Isolator Connector Antenna common/ HF top filter Low noise amplifier Rx inter circuit filter Antenna VCO PLL module SAW filter VCO PLL module Chip multi-layer 3dB Hybrid coupler Dielectric filter Chip multi-layer LC filter SAW filter GaAs MMIC Chip multi-layer Hybrid coupler Chip multi-layer filter GaAs MMIC Di-electric filter Chip multi-layer filter SAW filter Di-electric filter SAW filter RF diode switch Micro axial connector Chip di-lelectric antenna Chip multi-layer antenna GaAs FET GaAs FET Note: Not allowed to deliver the customers 23 在 PC中的主要元器件 Power circuit section High voltage chip layer ceramic condenser Large capacity chip layer ceramic condenser Chip PTC thermister for over heating Chip NTC Thermister for 2nd battery control DC/DC converter Chip Emi-fil Chip coil Switching power supplier Input system Piezo vibration gyro HDD/DVD/CD-ROM section High sensitivity chip impact sensor Chip ceramic resonator LCD section CPU/Memory control section Interface section DC/DC converter Piezo transformer Chip ferrite beeze High voltage chip layer ceramic condenser Chip ferrite beeze Chip layer delay line Chip ceramic resonator Chip varistor Chip ferrite beeze Piezo sounder PTC thermister for USB circuit protection Modem module High voltage chip layer ceramic condenser Note： Not allowed to deliver the customers 24 R3860A RF 元器件分析 仪 R3768/3770 微波矢量网 络 分析 仪 25 R3860A/R3768/R3770 介 绍 (1) RF 元器件分析 仪 R3860A 20GHz 微波矢量网 络 分析 仪 R3770 8GHz 矢量网 络 分析 仪 R3768 - - option 混 频测 量（矢量 ） 8GHz 20GHz 8/20GHz 频 率 option option Built-in 谐 波 测 量 option option option VSIM - - option*1 差 动 放大器 测 量 - 2/3/4-port WMT-15 R3768 - 2/3/4-port WMT-15 R3770 option 2/3/4/6*1-port WMT-20 R3860A 混 频测 量（ 标 量） 测试 端口 平台 26 R3770/R3768 的目 标 市 场 ANT SW 模 块 (Pin Diode) SAW 滤 波器 通信基站 滤 波器 作 为 通用推广 产 品去 抢 占微波矢网的市 场 27 R3860A/R3768/R3770 介 绍 (2) R3860A RF Component Analyzer 市 场 目 标 在 IC制造厂！ 市 场 目 标 在通 讯设备 的开 发 生 产 ！ 重点在开 发 部和生 产线 ！ R3768 8GHz Network Analyzer 主要市 场 目 标 在 SAW, FEM的生 产 厂！ 作 为 8GHz矢网的通用推广 产 品 R3770 20GHz Network Analyzer 市 场 目 标 在 SAW, FEM的开 发 部 门 ！ 作 为 20GHz矢网的通用推广 产 品 28 全校正 对 于 4端口器件 测 量 , 一次性可做所有 S参 数的全校正（ 6 path,16 parameter） S11 S12 S13 S14 S21 S22 S23 S24 S31 S32 S33 S34 S41 S42 S43 S44 16 S参数 - R 3 7 6 5 A N E T W O R K A N A L Y Z E R a P2 P1 P3 P4 29 比 较 表 (1): R3768 vs ENA (8G) +6dBm +8dBm 6.0G 8.0GHz +8dBm +10dBm +10dBm 90dB 120dB 120dB 66dB 82dB 80dB 9.6s ENA(E5071B) +9dBm 3.8G 6.0GHz +13dBm 500M 3.8GHz 120dB 1.9GHz 110dB 8.0GHz 0.3M 500MHz 0.8GHz 8.0GHz 1.9GHz 0.8GHz RBW400kHz +8dBm Max Output power 120dB Limited Dynamic range (cross-talk） 85dB 90dB 90dB Dynamic range (RBW100kHz) 5s Measurement speed R3768 30 比 较 表 (2): R3770 vs PNA (20G) +3dBm -1dBm 8.0G 20GHz 110dB 105dB 20GHz 103dB 94dB 20GHz +5dBm +5dBm +2dBm 110dB 100dB 85dB 102dB 99dB 99dB 40s PNA(E8362B) +6dBm 3.8G 8.0GHz +13dBm 500M 3.8GHz 120dB 1.9GHz 110dB 5.0GHz 0.3M 500MHz 0.8GHz 5.0GHz 1.9GHz 0.8GHz RBW400kHz +10dBm Max Output power 120dB Limited Dynamic range (cross-talk） 110dB 110dB 110dB Dynamic range (RBW1kHz) 5s Measurement speed R3770 31 R3770/R3768的主要 优势 点 ANT SW 模 块 (pin diode) VSIM Harmonic measurement Max. 13dBm output power（R3968 test-set端 -10dBm） MDAS SAW 滤 波器 through-put Max. 5s/point MDAS 基站 滤 波器 dynamic range 常 规 通用目 标 比同 类产 品有更高性能及多功能 低价位 32 目前的 测试 方法与 问题 SW 测 量 SA : Harmonic measurement SG VSIM : current measurement NA : return loss, S-parameter VSIM : V-Source I-Measure SG : Signal Generator SA : Spectrum Analyzer NA : Network Analyzer RF tester for production line R&D Lack & Stack System Measure at some points under pass band current measurement loss harmonic return loss POINT: R&D Frequency characteristics Production line at some frequency points 33 新的 测试 解决方案 SW 测 量 R3860A RF component analyzer Based on Network Analyzer function, and built-in, VSIM function Harmonic measurement function All measurement points with High speed, at one unit From R&D to Production line current measurement loss harmonic return loss S-parameter