2射頻變壓器參數如下:
輸入單端阻抗:50 Ohm
阻抗變換比:1:1
頻率范圍:0.4MHz~500MHz
帶內插損 (Spec.):≤ 3dB
按照上面所描述的測試步驟,經校準、端口延伸,并將差模和共模阻抗分別設置為50 Ohm、12.5 Ohm后,測試結果如圖8、9所示,插損滿足規格指標,幅度和相位不平衡特性也相對較好。圖10給出了共模抑制比CMRR的測試結果,這是使用矢網的Trace Math功能得到的結果,現在矢網已經支持直接顯示CMRR測試結果,使得測試更加方便。
圖9#變壓器幅度和相位不平衡特性測試結果
圖10#變壓器CMRR測試結果
通過以上兩個測試實例表明,對于這種單端阻抗非50 Ohm的射頻變壓器測試,與傳統的back-to-back測試法及阻抗變換器測試法相比,使用矢網絡分的虛擬差分測試模式及端口延伸等功能將更加方便,可以在不改變測試裝置的情況下,直接測試變壓器的插入損耗、回波損耗、幅度和相位不平衡特性以及共模抑制比CMRR等,極大程度簡化了射頻變壓器的測試。
射頻變壓器的測試雖然可以當做balun,射頻變壓器仍然比較特殊,因為具有阻抗變換比,比如1:1、1:2、1:4等,而且單端阻抗不一定為常用的50 Ohm系統阻抗。那么射頻變壓器的差分阻抗和共模阻抗是多少呢?
圖11給出了射頻變壓器的典型示意圖,初級線圈PRI端為單端,次級線圈SEC端為平衡端。假設輸入阻抗(單端阻抗)為50 Ohm,阻抗變換比為1:2,則差分阻抗為輸入阻抗與阻抗比之積,為100 Ohm,共模阻抗差分阻抗的四分之一,即25 Ohm。
圖11. 典型的射頻變壓器示意圖
這是射頻應用中經常用到的balun,單端50 Ohm/差分100 Ohm。射頻變壓器的阻抗比多種多樣,單端阻抗也不一定是50 Ohm,表1給出了幾個不同阻抗變換比和輸入阻抗的例子,以便于理解。
表1. 多種阻抗比和輸入阻抗對應的差模和共模阻抗
之所以關注這些參數,是因為在矢網端口參考阻抗設置中需要分別設定。
介紹完差分阻抗和共模阻抗的計算方法之后,下面再聊一聊矢網的端口延伸技術——Offset。Offset功能是有一定前提的,即認為被補償的網絡(比如PCB走線)是理想的:(1) 非色散;(2) 在校準參考面處理想匹配;(3) 互易。
Offset功能根據反射測試計算出待補償網絡的傳輸特性,從而使得測試參考面延伸至DUT的pin. 因其應用基于一些理想的情況,所以是有局限性的,精度也是有限的。
除了使用Offset功能外,還有一種精度更高的校準方法——自制TRL校準件,可以直接將測試參考面校準至DUT的pin處。圖12給出了自制TRL校準件的示意圖,包含Through、Reflect(一般設計為開路)、Line校準件及測試夾具。之所以將TRL校準件與測試夾具制作在一起,是因為這樣可以最大程度規避加工誤差及介質基板均勻性等因素給測試帶來的影響。
圖12. 自制TRL校準件示意圖
關于TRL校準,后面有時間會專門介紹,此處僅作簡要說明。TRL校準方式非常適用于SMT表貼這種非同軸連接的DUT測試,這類器件的測試需要借助于測試夾具或者評估測試板,而TRL可以直接將測試參考面校準至pin處,那么如何做到這一點呢?
能否校準至pin處,與TRL校準件的尺寸設計及矢網中設置的校準件參數有關。比如,將Through的長度設計為為測試夾具中DUT兩側PCB走線的長度之和,此處假設這兩段走線長度相同;將反射校準件Reflect的長度設計為Through長度的一半。
在矢網中將Through的電長度設置為0,就相當于選擇pin處為校準參考面。Reflect的參數可以不用設置,TRL校準不需要已知其參數,只要保證校準時,矢網的兩個端口是連接的同一個Reflect校準件即可。一般將Reflect設計為開路。
TRL校準件存在適用的校準頻率范圍,這取決于Line與Through電長度的差異。該校準方式要求Line與Through的電長度之差不能為中心頻率半波長的整數倍,否則校準數據中會存在壞值。從相位的角度講,在中心頻率處,一般建議二者的相差在20°~160°之間。由此可以推算出適用的頻率范圍為:
f_start=1/18 ? c/l , f_stop=4/9 ? c/l
式中,c為信號在基板中的相速度,l 為Line與Through的電長度之差。
為了擴展適用的頻率范圍,還可以使用多條Line,例如圖10中使用兩條Line。甚至再引入Match校準件,從而完成向更低頻率的擴展。