S-파라미터 디임베딩: VNA 측정에서 픽스처 커넥터 제거

문제: VNA가 고정 장치도 측정합니다

방금 Rogers 4003C 테스트 보드에서 10cm 마이크로스트립 트레이스를 측정하여 DC에서 10GHz까지의 삽입 손실을 특성화했습니다..s2p 파일을 내보내고 S21을 플로팅하면 예상하지 못했던 약 7GHz의 넓은 노치가 즉시 나타납니다.보드 제작 문제로 지적하기 전에, SMA 커넥터 론치 또는 트레이스 에지의 레퍼런스 플레인에 맞게 캘리브레이션했는지 자문해 보십시오.

대부분의 벤치 설정에서 답은 전자입니다.보드를 VNA에 연결하는 데 사용되는 두 개의 SMA 커넥터는 캘리브레이션 플레인 내부에 있습니다.비아 전이, 커넥터 본체, 런치 패드의 불연속성을 포함한 이들의 결합된 반응이 트레이스 측정의 최우선입니다.디임베딩하면 픽스처 응답이 제거되므로 트레이스 S-파라미터만 남게 됩니다.

S-파라미터 분석 파이프라인 도구를 사용하면 하나의.s2p 파일에서 뷰, 패시비티 검사, 타임 게이트, 디임베드의 네 가지 작업을 연결할 수 있습니다.순서대로 처리하는 방법은 다음과 같습니다.

1단계: 보기 — 보고 있는 내용 파악

다음 파이프라인 설정을 사용하여 VNA에서 2포트.s2p 파일을 로드합니다.

보기 연산은 파일의 전체 주파수 범위에 걸쳐 S11 (반사 손실) 과 S21 (삽입 손실) 을 플로팅합니다.잘 맞는 마이크로스트립 트레이스에서는 S11이 대부분의 대역에서 -15dB 미만으로 떨어져 커넥터 공진 부근에서만 상승할 것으로 예상됩니다.S21은 주파수에 따라 완만하게 감소할 것이며, 이는 대략 도체 및 유전 손실 기울기를 따라갈 것입니다.

커넥터가 지배하는 응답에 영향을 주는 요인은 무엇일까요?주의 사항:

• 2GHz 미만의 급격한 S11 피크 (낮은 반사 손실) - SMA 런칭 패드에서 흔히 볼 수 있는 폭이 너무 넓은 50Ω
• 커넥터 본체의 전기 길이의 2배에 해당하는 주기의 S21에서의 리플 (왕복 약 50—100ps)
• 커넥터 핀 길이의 1/4파 공진과 일치하는 모든 노치

S21이 최대 6GHz까지 비정상적으로 보였다가 절벽에서 떨어지면 진정한 DUT 손실 메커니즘이 아니라 커넥터 자체의 대역폭 제한이 나타날 수 있습니다.

2단계: 수동성 검사 — 교정 오류를 조기에 발견하세요

게이팅 및 디임베딩에 시간을 투자하기 전에 패시비티 검사 작업을 실행하세요.무손실 패시브 2포트는 다음을 충족해야 합니다.

“매스블록_0"

이 합계가 어느 시점에서든 1.0을 초과하면 (심지어 0.01이라도) 파일은 비패시브 파일입니다.일반적인 원인:

• VNA 캘리브레이션 드리프트 (cal 이후 보드 온도가 5°C 이상 변한 경우 재교정)
• 포트 불일치: 파일은 50Ω으로 저장되었지만 측정 중에 VNA는 75Ω으로 설정되었습니다.
• 1포트 VNA에서 포트-1과 포트-2 사이의 커넥터 이동 측정 스윕

수동성 검사는 최악의 위반 빈도와 규모를 보고합니다.9GHz에서 0.5dB 위반은 8GHz를 초과하는 삽입 손실 수치를 의심해 봐야 한다는 의미입니다.진행하기 전에 캘리브레이션을 수정하십시오. 타임 게이팅으로는 수동성 위반을 수정할 수 없으며 오류가 확산될 뿐입니다.

3단계: 타임 게이트 — DUT를 분리합니다.

타임 게이팅은 S-파라미터 데이터를 (IFFT를 통해) 시간 영역으로 변환하고 DUT 응답 주위에 윈도우 게이트를 적용한 다음 다시 주파수 (FFT) 로 변환합니다.그 결과 커넥터 응답이 억제된 S-파라미터 세트가 생성됩니다.

10cm 트레이스를 측정하는 SMA-SMA 고정기의 경우 일반적인 게이팅 파라미터는 다음과 같습니다.

• 게이트 센터: 트레이스 전기 지연의 중간점으로 설정 (FR4의 경우 10cm의 경우 최대 500ps)
• 게이트 스팬: 트레이스 전기 길이에 각 측면의 최대 100ps의 마진을 더한 값
• 윈도우 기능: 카이저-베셀 (주파수 분해능을 희생하여 시간 영역 사이드로브를 줄임)

게이팅 후 S11과 S21을 다시 플로팅합니다.다음과 같은 내용이 보일 것입니다.

• S11 리플 감소 — 커넥터에서 반사되는 부분이 차단됨
• 이제 S21은 고주파에서 비게이트 버전에 비해 약간 상승합니다. 커넥터에 삽입 손실이 더해졌으나 지금은 제거되었습니다.
• 7GHz에서 보던 노치가 사라졌거나 훨씬 더 얕아졌습니다. 이는 트레이스 결함이 아니라 커넥터 공진이었음을 확인할 수 있습니다.

한 가지 중요한 주의 사항은 타임 게이팅에 필요한 시간 영역 해상도를 달성하려면 충분한 주파수 범위가 필요하다는 것입니다.시간 영역 해상도는 대략 “MATHINLINE_2"이므로 10GHz 스윕은 100ps의 해상도를 제공합니다.3GHz 스윕 (해상도 333ps) 에서 커넥터 (50ps 지연) 와 트레이스 (500ps 지연) 를 분리하려고 하면 응답이 시간상 겹치기 때문에 작동하지 않습니다.

4단계: 디임베드 — 픽스처 모델 적용

타임 게이팅은 광대역 근사치입니다.정확도를 극대화하려면 전용 픽스처 디임베딩 파일을 사용하십시오. 이 파일은 SMA 커넥터의 .s2p만 쇼트 스루 기판에 단독으로 측정한 파일입니다.파이프라인은 DUT 측정과 함께 역 (S-매트릭스 역전) 을 캐스케이드합니다.

“매스블록_1”

픽스처 파일을 생성하려면 일치하는 쓰루 보드 (동일한 기판, 동일한 론치 지오메트리, 길이가 0인 트레이스) 를 측정하고 별도의.s2p로 저장합니다.이를 디임베드 작업에 로드하세요.

디임베딩 후에는 출력 S21에 트레이스 삽입 손실만 표시되어야 합니다.10cm 로저스 4003C 트레이스의 경우 5GHz에서 약 -0.5dB, 10GHz에서 -1.2dB가 예상됩니다.심각한 문제가 발생하면 보드 결함, 오염 또는 레이아웃 불연속성이 발생할 수 있습니다.

최종 출력 읽기

S-파라미터가 디임베드된 경우 가장 중요한 세 가지 숫자는 다음과 같습니다.

1.신호 대역폭 엣지에서의 삽입 손실 — 10Gbps NRZ 신호를 실행하는 경우 5GHz (나이퀴스트 주파수) 에서 S21을 확인하십시오.눈을 깨끗하게 뜨게 하려면 -3dB 이상으로 유지하세요. 2.대역 전반의 반사 손실 — 대부분의 PCB 트레이스에서 -15dB 미만 (VSWR < 1. 4:1) 은 허용됩니다.-20dB 미만이면 양호합니다. 3.그룹 지연 편평도 — 그룹 지연이 급격하게 변하면 심볼 간 간섭 (ISI) 이 발생합니다.디임베드 출력에는 그룹 지연 플롯이 포함되므로 신호 대역 전체에서 편차를 ±20ps 미만으로 유지하십시오.

[S-파라미터 파이프라인 툴] (/tools/sparam-pipeline) 을 사용하면 브라우저를 떠나지 않고도 사용자의.s2p 파일에서 네 가지 작업을 모두 실행할 수 있습니다.