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利用VNA分析高速線上的串擾

時間：2009-06-20 20:01:00

關鍵字：串擾 5GHZ 矩陣 AN

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[導讀]差分電路可以有效地去除高頻、高速設計中的共模噪聲。差分器件和傳輸線不僅常被用于高速數(shù)字總線設計，而且也被用于包括手機在內的許多射頻和微波產(chǎn)品中。與測試傳統(tǒng)的單端器件相比，測試差分器件和傳輸線需要更多的

差分電路可以有效地去除高頻、高速設計中的共模噪聲。差分器件和傳輸線不僅常被用于高速數(shù)字總線設計，而且也被用于包括手機在內的許多射頻和微波產(chǎn)品中。與測試傳統(tǒng)的單端器件相比，測試差分器件和傳輸線需要更多的測試端口。Anritsu(安立)公司的12端口矢量網(wǎng)絡分析儀(VNA)能夠對工作在 40~65GHz頻率范圍內的單端信號、混合模式和差分器件進行散射參數(shù)(S參數(shù))測試，非常適合高速器件和系統(tǒng)的信號完整性(SI)測量。

Anritsu的12端口65GHz系統(tǒng)由一個型號為37397D的雙端口VNA系統(tǒng)、一個外部測試裝置以及多個安置方便的端口模塊組成。這種移動測試端口可以緊靠任何形狀的被測設備(DUT)放置，從而使得該測量系統(tǒng)與晶圓探測系統(tǒng)一起使用時能發(fā)揮強大功能。適用于4、8和12端口應用的測試系統(tǒng)校準功能得到了PAF公司的一款靈活的校準和測量軟件的支持。這個功能強大的軟件可以幫助操作人員應對最困難的多端口測試，包括晶圓級測量。針對具有144個S 參數(shù)的復雜測量，這個12端口VNA系統(tǒng)和軟件支持一個精確的78項錯誤模型，帶有至少有17條連接。

VNA傳統(tǒng)上常被用來對單端50Ω元器件進行S參數(shù)測量，但隨著數(shù)字通信系統(tǒng)和總線速度、頻率的提高，多端口混合模式S參數(shù)已經(jīng)成為分析高速數(shù)字信號線、總線和器件信號完整性(SI)的有效工具。例如，VNA可以直接測量高速通道上的串擾。雖然高速背板中設計的通道相互之間是獨立的，但它們經(jīng)常受到高速/ 高頻信號通道之間串擾的影響。對于USB3.0或第3代PCI Express等速度已經(jīng)超過10Gbps的數(shù)字通信標準來說，12端口65GHz VNA測試系統(tǒng)可以在全速狀態(tài)下提供有意義的信號完整性測量，能為多通道同時測量提供必需的測量端口。

除了高速背板，越來越多的無線元器件和設備也采用差分(平衡的)架構來減少電磁干擾(EMI)的影響。雖然4端口VNA系統(tǒng)可被用來測量單個差分通道或器件，但更復雜的元器件需要更多數(shù)量的測量端口。事實上，對高速傳輸線進行單端測量可能產(chǎn)生性能降低的錯誤結果，因為這些傳輸線是針對差分信號來設計的。

對高速背板而言，相鄰差分通道間的串擾會降低其性能。在一對差分通道中，產(chǎn)生串擾的那個通道被稱為干擾通道(干擾線)，而耦合而受到串擾影響的相鄰通道被稱為被干擾通道(被干擾線)。為用VNA系統(tǒng)分析兩個差分通道的串擾，干擾線需要4個測試端口，被干擾線需要4個測試端口。當然，在多通道通信系統(tǒng)或多組差分線中，一對相鄰線實際上與周邊其它線并非隔離。因此，分析兩個相鄰干擾線在被干擾線上造成的串擾通常更有實際意義。因為每根線需要4個測試端口，所以共需要12個測試端口。

構建12端口VNA系統(tǒng)有好幾種架構可供選擇。下面介紹的兩種架構都以基本的雙端口VNA系統(tǒng)為基礎，這種雙端口VNA系統(tǒng)通常采用一對采樣器，并且每個端口上都有一個雙向耦合器，以測量這些端口上的突發(fā)事件和反射信號。在第一種設計中，通過為每個額外測試端口增加一對采樣器和相關的高頻硬件來增加端口數(shù)量。這種方法雖然比較簡捷，但會大大增加測試系統(tǒng)的復雜性和成本。在第二種方法中，為從雙端口系統(tǒng)為起點創(chuàng)建具有更多端口的VNA系統(tǒng)，需要在雙端口 VNA中增加開關矩陣，以便將信號路由到原始的測試端口。雖然這種方法對開關矩陣的性能又很高要求，但與第一種方法相比復雜性較低，成本也更低。 Intel公司的研究表明，當采用正確的校準技術時，基于這種系統(tǒng)架構的多采樣器測試系統(tǒng)具有相當高的精度。

圖1：12端口VNA系統(tǒng)能對40~65GHz頻率范圍內的混合模式和差分器件進行S參數(shù)測量。

Anritsu(安立)公司的12端口65GHz系統(tǒng)(圖1)基于4端口測量引擎，這個4端口測量引擎采用毫米波頻率的開關矩陣將信號從遠程端口模塊路由到4個測試端口，從而增加了測量端口的有效數(shù)量。由Anritsu公司設計生產(chǎn)的上述開關矩陣采用了低損耗的65GHz寬帶開關(圖2)。

開關元件的選擇包括電子機械開關和固態(tài)(PIN二極管)開關。電子機械開關具有帶寬高、插損低和隔離度高的優(yōu)點，但與固態(tài)開關相比，它們的運動部件導致元件的平均無故障時間(MTBF)較短，并且性能可重復性也較低。PIN二極管支持數(shù)百萬的開關次數(shù)，具有卓越的可靠性，但缺少機械開關突出的射頻/微波性能。為克服固態(tài)開關的電氣缺陷，特別是在毫米波頻率下?現(xiàn)的缺點，Anritsu開發(fā)出了一種創(chuàng)新設計，該設計充分整合了機械開關的電氣性能和固態(tài)開關經(jīng)過驗證的MTBF可靠性。整個開關矩陣具有大于95dB的隔離度，在60GHz時的插入損耗低于6dB。在移動測試端口內靠近DUT放置高性能耦合器有助于優(yōu)化原始的定向性。