Efectos de los dispositivos VNA: diagnostique antes de desincrustarlos

El problema: su VNA también mide el dispositivo

Has medido una microbanda de 10 cm en el Rogers 4003C de 10 MHz a 10 GHz, y hay una muesca en el S21 de alrededor de 7 GHz. Antes de echarle la culpa a los fabricantes, pregúntate dónde has realizado la calibración: ¿en los conectores de la SMA o en el borde de la traza?

Casi siempre son los conectores. Los dos lanzamientos (por transiciones, discontinuidades entre los cilindros y desajustes entre los tambores) siguen en los datos, acumulados en la parte superior del rastro que te interesa. Eliminarlos es desincrustar. Lo primero es decidir si necesita hacerlo y si el archivo es lo suficientemente fiable como para intentarlo.

El Canal de análisis de parámetros S está diseñado para esa primera parte. Cargue de uno a cuatro archivos Touchstone y ejecutará una secuencia fija de análisis, mostrando el resultado de cada uno: visualización, pasividad, ondulación, TDR, temporización, conversión en modo mixto para archivos de 4 puertos, conversión S → Z/Y/ABCD y, con dos o más puertos de 2 puertos, una cascada. no desincrusta; en la última sección se explica lo que se necesita para ello.

Paso 1: Ver: sepa lo que está viendo

La fase de visualización muestra la magnitud, la fase, el retraso de grupo y el VSWR de cada archivo subido. Algunas señales de alerta indican que son los conectores, no la traza, los que dominan:

• Un pico nítido del S11 por debajo de los 2 GHz: una plataforma de lanzamiento demasiado ancha para contener 50 Ω.
• Ripple en el S21 o el S11 con un período igual al recorrido de ida y vuelta entre los dos conectores, normalmente de 50 a 100 ps en el caso de una placa corta. La fase de ondulación lo cuantifica: variación de pico a pico en la banda de paso, más una pérdida de inserción mejor, peor y media.
• Una muesca en la resonancia de un cuarto de onda de una clavija de conector o un pasador: calcule la longitud del pasador y compruebe dónde cae el punto $c/(4l\sqrt{\varepsilon_r})$.

  Si el S21 es plano a 6 GHz y, después, cae por un precipicio, es posible que te estés fijando en el límite de ancho de banda del conector y no en la traza.

  Paso 2: Pasividad: detecte pronto los datos incorrectos

  Una red pasiva no puede generar energía. La prueba exacta es que el mayor valor singular de la matriz S es como máximo 1 en cada frecuencia. La prueba de columna, $|S_{11}|^2 + |S_{21}|^2 \le 1$, es necesaria pero no suficiente: ignora la fase.

  Esa diferencia no es académica. Nuestros propios archivos de demostración superaron la prueba de columnas en todos los puntos y aun así no pasaron la prueba de valores singulares, con valores de hasta 1,024, porque su S11 estaba casi en la misma fase que el S21. Una línea simétrica prácticamente sin pérdidas necesita que S11 esté aproximadamente en cuadratura con S21. Los archivos se han corregido, pero los datos editados a mano o posprocesados fallan fácilmente.

  El oleoducto trata las infracciones de dos maneras:

  • Hasta 1,02 (el tamaño típico del ruido del VNA y la desviación de calibración), fija los valores singulares en 1 en los puntos infractores y pasa los datos corregidos a las etapas posteriores.
  • Por encima de 1,02, asume que los datos están intencionadamente activos (por ejemplo, un amplificador), los etiqueta como activos y los deja sin modificar. Limitar la ganancia de un amplificador a la unidad corrompería todo en sentido descendente: en el ejemplo del FET GaAs de 4 GHz de Pozar (el mayor valor singular es 2,79), una matriz bloqueada da como resultado Z11 = 43,2 − j22,4 Ω en lugar de los 14,8 − j27,3 Ω correctos.

  Un DUT pasivo que aparece como activo significa que la medición está interrumpida. Vuelva a calibrar, compruebe la impedancia de referencia con la que se guardó el archivo y asegúrese de que los cables no se hayan movido entre las barras del puerto 1 y el puerto 2. La reducción del tiempo y la desincrustación no pueden repararlo.

  Paso 3: TDR: ¿en qué punto de la estructura?

  La fase TDR convierte el S11 en un perfil de impedancia: la respuesta al impulso mediante FFT inversa, integrada en una respuesta escalonada ρ(t) y luego $Z(t) = Z_0 (1+\rho)/(1-\rho)$. Los conectores se abren en forma de protuberancias de impedancia al principio y al final; un trazo que se desvía constantemente del objetivo aparece como una meseta con la impedancia equivocada.

  Se aplican dos límites. La resolución temporal es aproximadamente de $1/\text{BW}$ (unos 100 ps para un barrido de 10 GHz), por lo que un archivo de 10 GHz no puede separar discontinuidades mucho más cercanas. El eje de distancia asume un factor de velocidad de 0,5 ($\varepsilon_{eff} \approx 4$); para otros sustratos, confíe en el eje temporal y escale usted mismo.

  Paso 4: Determinación del tiempo: aísla el reflejo principal

  La fase de bloqueo transforma S11 en el dominio temporal, aplica una ventana de Hann alrededor del reflejo dominante y se transforma de nuevo, trazando S11 cerrado y no cerrado. Si los reflejos del conector se encuentran fuera de la compuerta, la compuerta S11 muestra la propia estructura que coincide con la estructura sin ellos.

  La canalización elige la compuerta automáticamente, así que comprueba que el reflejo dominante es el que te interesa. La clasificación solo funciona cuando las respuestas que quieres separar están más separadas en el tiempo que en la resolución anterior. Es un diagnóstico rápido, no un sustituto de la desincrustación.

  Paso 5: Conversión y cascada

  La etapa de conversión convierte S en los parámetros Z, Y y ABCD. Algunos de ellos son genuinamente indefinidos en algunas frecuencias. Una línea sin pérdidas convierte a $I - S$ en singular cuando tiene un número entero de medias longitudes de onda, por lo que Z no existe allí. En el caso de una línea sin pérdidas de 1 ns muestreada cada 100 MHz de 0,1 a 4 GHz, 8 de los 40 puntos no están definidos. El gasoducto los considera vacíos, con un recuento, en lugar de fallar en la tarea.

  La fase en cascada encadena dos o más archivos de 2 puertos en su rango de frecuencia común (el archivo del conector, luego el de rastreo y, por último, el conector) mediante parámetros T. Construye un canal a partir de piezas medidas, que es lo contrario de lo que hace la desincrustación.

  Paso 6: Desincrustar: lo que se necesita

  La desincrustación elimina las mitades conocidas de los dispositivos de una medición. Cada mitad se describe mediante sus propios parámetros S y se convierte en parámetros T:

  $$[T_{DUT}] = [T_{fixture,1}]^{-1}\,[T_{measured}]\,[T_{fixture,2}]^{-1}$$

  Lo difícil es saber las mitades del dispositivo. Las rutas habituales:

  • 2 veces. Mida una placa con los dos lanzamientos consecutivos y sin DUT, y luego divídala en dos mitades; para ello, los métodos del IEEE P370 hacen esto. La biblioteca scikit-rf de código abierto los implementa en Python.
  • Los estándares de calibración se encuentran en el plano de referencia del DUT (TRL en la placa), por lo que la propia calibración del VNA elimina las luminarias.
  • Un modelo EM del lanzamiento, si confías en él.

  Ejecute primero la canalización en la medición sin procesar y en los archivos del dispositivo. Un archivo de luminarias que no tenga pasividad, o un TDR que muestre los lanzamientos superpuestos al DUT, indica que la desincrustación no estará limpia hasta que dediques tiempo a ella.

  Leyendo el resultado final

  Sea cual sea la forma en que se quiten las luminarias, hay tres números que importan en la mayoría de los diseños:

  • Pérdida de inserción en la frecuencia Nyquist de la señal: 5 GHz para un NRZ de 10 Gbps. La herramienta de diagrama ocular muestra lo que una pérdida determinada le hace al ojo.
  • Pérdida de retorno en toda la banda. Se acepta una pérdida de retorno superior a -15 dB para trazas típicas de PCB, y superior a -20 dB es buena. Un empeoramiento en la mitad de la banda significa una discontinuidad en alguna parte.
  • Planitud del retardo de grupo en toda la banda de señal. Una variación pronunciada provoca interferencias entre símbolos.
  Actualizado 2026-09-19. En una versión anterior de este artículo se describían las operaciones que no realizaba el oleoducto (selección de la operación, parámetros de compuerta ajustables y una etapa de desincrustación de las luminarias) y una prueba de pasividad que ignoraba la fase. Ahora describe lo que hace el oleoducto. Herramienta de canalización con parámetros S