Desincrustación de parámetros S: eliminación de los conectores de las luminarias de las mediciones de VNA

El problema: su VNA también mide el dispositivo

Acabas de medir una microbanda de 10 cm en una placa de ensayo Rogers 4003C para caracterizar la pérdida de inserción de corriente continua a 10 GHz. Exporta el archivo.s2p, traza el S21 e inmediatamente observa una diferencia ancha en torno a los 7 GHz que no esperaba. Antes de señalar que se trata de un problema de fabricación de la placa, pregúntese: ¿la calibró según el punto de lanzamiento del conector SMA o según el plano de referencia situado en el borde de la traza?

En la mayoría de las configuraciones de banco, la respuesta es la primera. Los dos conectores SMA que se utilizan para conectar la placa al VNA se encuentran dentro del plano de calibración. Su respuesta combinada (incluidas las transiciones de vía, el cuerpo del conector y cualquier discontinuidad en la plataforma de lanzamiento) se basa en la medición de trazas. La desincrustación elimina esa respuesta del dispositivo, por lo que solo quedan los parámetros S de rastreo.

La herramienta S-Parameter Analysis Pipeline permite encadenar cuatro operaciones en un único archivo.s2p: visualización, verificación de pasividad, control de tiempo y desincrustación. A continuación se explica cómo trabajarlas en orden.

Paso 1: Ver: sepa lo que está viendo

Carga tu archivo.s2p de 2 puertos desde el VNA con la siguiente configuración de canalización:

La operación Ver traza S11 (pérdida de retorno) y S21 (pérdida de inserción) en todo el intervalo de frecuencias del archivo. En un trazo de microbanda que coincida bien, se espera que el S11 esté por debajo de los -15 dB en la mayor parte de la banda y que solo aumente cerca de las resonancias de los conectores. El valor S21 debería descender suavemente con la frecuencia, siguiendo aproximadamente las pendientes de pérdida del conductor y del dieléctrico.

¿Qué indica una respuesta dominada por los conectores? Esté atento a:

• Un pico agudo de S11 (pérdida de retorno deficiente) por debajo de los 2 GHz, típico de una plataforma de lanzamiento de SMA que es demasiado ancha para 50 Ω
• Ondulación en el S21 con una periodicidad que corresponde al doble de la longitud eléctrica del cuerpo del conector (entre 50 y 100 ps ida y vuelta)
• Cualquier muesca que coincida con una resonancia de un cuarto de onda de la longitud del pin del conector

Si el S21 tiene un aspecto inusualmente bueno a una velocidad de hasta 6 GHz y, después, se cae por un precipicio, es posible que se trate del límite de ancho de banda del propio conector y no de un mecanismo de pérdida de DUT auténtico.

Paso 2: Comprobación de la pasividad: detecte los errores de calibración con antelación

Antes de invertir tiempo en controlar y desincrustar, ejecute la operación de verificación de pasividad. Un dispositivo pasivo de 2 puertos sin pérdidas debe cumplir con lo siguiente:

Si esta suma supera 1,0 en algún momento (incluso 0,01), el archivo no es pasivo. Causas frecuentes:

• Deriva de calibración del VNA (recalibrar si la temperatura de la placa ha cambiado más de 5 °C desde la cal)
• No coinciden los puertos: el archivo se guardó como 50 Ω, pero el VNA se configuró en 75 Ω durante la medición
• El movimiento del conector entre el puerto 1 y el puerto 2 se mide en un VNA de 1 puerto

La comprobación de pasividad indica la frecuencia y la magnitud de las infracciones más graves. Una infracción de 0,5 dB a 9 GHz significa que los números de pérdida de inserción superiores a 8 GHz deben tratarse con recelo. Corrija la calibración antes de continuar: la limitación del tiempo no puede corregir una infracción de pasividad; solo generará el error.

Paso 3: Time Gate: aísla el DUT

La regulación temporal transforma los datos del parámetro S en el dominio temporal (mediante IFFT), aplica una ventana alrededor de la respuesta del DUT y, a continuación, vuelve a transformarse en frecuencia (FFT). El resultado es un conjunto de parámetros S en el que se suprimen las respuestas del conector.

Para una luminaria de SMA a SMA que mide una traza de 10 cm, los parámetros de activación típicos son:

• Centro de compuerta: se ajusta en el punto medio del retardo eléctrico de la traza (unos 500 ps para 10 cm en el FR4)
• Alcance de la puerta: longitud eléctrica de la traza más un margen de unos 100 ps en cada lado
• Función de ventana: Kaiser-Bessel (reduce los lóbulos laterales en el dominio del tiempo a costa de la resolución de frecuencia)

Tras la selección, vuelve a trazar S11 y S21. Deberías ver:

• Reducción de la ondulación S11: los reflejos de los conectores se bloquean
• El S21 ahora sube ligeramente con una frecuencia alta en comparación con la versión sin cierre: los conectores añadían una pérdida de inserción que ahora se elimina
• La muesca que viste a 7 GHz ha desaparecido o es mucho más superficial, lo que confirma que se trataba de una resonancia en un conector, no de un defecto en la traza

Una advertencia importante: la regulación temporal requiere un intervalo de frecuencia suficiente para lograr la resolución necesaria en el dominio del tiempo. La resolución en el dominio temporal es aproximadamente$\Delta t = 1/\text{BW}$, por lo que un barrido de 10 GHz proporciona una resolución de 100 ps. Intentar separar un conector (retraso de 50 ps) de un trazo (retraso de 500 ps) en un barrido de 3 GHz (resolución de 333 ps) no funcionará, ya que las respuestas se superponen en el tiempo.

Paso 4: Desincrustar: aplicar el modelo de accesorio

La regulación del tiempo es una aproximación de banda ancha. Para obtener la máxima precisión, utilice un archivo específico para desincrustar dispositivos: un .s2p medido por separado del conector SMA solo sobre un sustrato de paso corto. La tubería hace su inversa (inversión de la matriz en S) en cascada con la medición del DUT:

Para generar el archivo de fijación, mida una placa transversal coincidente (el mismo sustrato, la misma geometría de lanzamiento, un trazo de longitud cero) y guárdela como un archivo .s2p independiente. Cárguelo en la operación de desincrustación.

Tras la desincrustación, la salida S21 debería mostrar solo la pérdida por inserción de la traza. Para una traza Rogers 4003C de 10 cm, espere aproximadamente −0,5 dB a 5 GHz y −1,2 dB a 10 GHz. Cualquier cosa significativamente peor indica un defecto en la placa, una contaminación o una discontinuidad en el diseño.

Leyendo el resultado final

Con los parámetros S desintegrados en la mano, los tres números que más importan son:

1. Pérdida de inserción en el borde del ancho de banda de la señal: si está utilizando una señal NRZ de 10 Gbps, compruebe la S21 a 5 GHz (la frecuencia de Nyquist). Manténgala por encima de −3 dB para abrir los ojos con claridad.
2. Pérdida de retorno en toda la banda: por debajo de -15 dB (VSWR < 1, 4:1) es aceptable para la mayoría de las trazas de PCB. Por debajo de -20 dB es bueno.
3. Planitud del retardo de grupo: un retraso de grupo que varía considerablemente provoca interferencias entre símbolos (ISI). La salida sin incrustación incluye un gráfico de retardo de grupo; mantén la variación por debajo de ±20 ps en toda la banda de señal.

Usa la [S-Parameter Pipeline Tool] (/tools/sparam-pipeline) para ejecutar las cuatro operaciones en tus propios archivos.s2p sin salir del navegador.