VNA 픽스처 효과: 디임베딩 전 진단

문제: VNA가 고정 장치도 측정합니다.

로저스 4003C에서 10MHz에서 10GHz 사이의 10cm 마이크로스트립 트레이스를 측정했는데 S21에는 약 7GHz의 노치가 있습니다.팹 하우스 탓으로 돌리기 전에 SMA 커넥터와 트레이스 가장자리 중 어느 부분에서 캘리브레이션을 했는지 물어보세요.

거의 대부분 커넥터입니다.트랜지션, 배럴 불연속성, 패드 불일치 등을 통한 두 번의 발사는 여전히 데이터에 남아 있으며 관심 있는 트레이스 위에 누적됩니다.이를 제거하는 것은 디임베딩입니다.해야 하는지필요 여부와 시도할 수 있을 만큼 신뢰할 수 있는 파일인지를 결정하는 것이 우선입니다.

첫 번째 부분을 위해 S-파라미터 분석 파이프라인이 만들어졌습니다.1~4개의 Touchstone 파일을 업로드하면 고정된 분석 시퀀스가 실행되어 뷰, 패시비티, 리플, TDR, 타임 게이팅, 4포트 파일의 혼합 모드 변환, S → Z/Y/ABCD 변환, 그리고 2개 이상의 2-포트가 있는 경우 캐스케이드 등의 각 결과를 보여줍니다.디임베딩은 하지 않습니다. 마지막 섹션에서는 디임베딩에 필요한 사항을 설명합니다.

1단계: 보기 — 무엇을 보고 있는지 알기

뷰 스테이지는 업로드된 모든 파일의 크기, 위상, 그룹 지연 및 VSWR을 플로팅합니다.트레이스가 아닌 커넥터가 지배하는 몇 가지 위험 신호:

• 2GHz 미만의 날카로운 S11 피크 — 발사대가 너무 넓어 50 Ω.을 담을 수 없습니다.
• S21 또는 S11에서의 리플의 주기는 두 커넥터 간의 왕복 간격과 일치하며, 숏 보드의 경우 일반적으로 50~100ps입니다.리플 스테이지는 통과대역의 피크 간 변동에 최고, 최저 및 평균 삽입 손실을 더한 값입니다.
• 커넥터 핀 또는 비아 스텁의 1/4파 공진에서의 노치 — 스터브 길이를 계산하고 $c/(4l\sqrt{\varepsilon_r})$ 이 닿는 위치를 확인하십시오.

  S21이 6GHz까지 평탄한 상태에서 절벽으로 떨어지면 트레이스가 아니라 커넥터 자체의 대역폭 제한을 보고 있는 것일 수 있습니다.

  2단계: 수동성 — 잘못된 데이터를 조기에 포착하세요

  패시브 네트워크는 에너지를 생성할 수 없습니다.정확한 테스트는 S-행렬의 최대 특이값이 모든 주파수에서 기껏해야 1이라는 것입니다.컬럼 테스트 $|S_{11}|^2 + |S_{21}|^2 \le 1$ 은 필요하지만 충분하지는 않습니다. 즉, 위상을 무시합니다.

  이러한 차이는 학문적인 것이 아닙니다.자체 데모 파일은 모든 지점에서 컬럼 테스트를 통과했지만 S11이 S21과 거의 같았기 때문에 최대 1.024의 값으로 특이값 테스트에서는 여전히 실패했습니다.손실이 거의 없는 대칭 선을 만들려면 S11과 S21을 기준으로 대략 직교 위상의 S11이 필요합니다.파일은 수정되었지만 손으로 편집하거나 후처리한 데이터는 이런 방식으로 쉽게 실패합니다.

  파이프라인은 다음 두 가지 방식으로 위반을 처리합니다.

  • VNA 노이즈 및 캘리브레이션 드리프트의 일반적인 크기인 최대 1.02 - 문제가 되는 지점에서 특이값을 1로 고정하고 수정된 데이터를 이후 단계로 전달합니다.
  • 1.02 이상 증폭기와 같이 데이터가 의도적으로 활성 상태라고 가정하고 활성 상태로 표시한 다음 수정하지 않은 상태로 둡니다.증폭기의 게인을 하나로 고정하면 다운스트림의 모든 것이 손상될 수 있습니다. 포자르의 4GHz GaAs FET 예제 (최대 특이값 2.79) 에서 클램핑된 행렬은 올바른 14.8 − j27.3 Ω.대신 Z11 = 43.2 − j22.4 Ω 가 됩니다.

  액티브 DUT로 표시되는 패시브 DUT는 측정이 중단되었음을 의미합니다.다시 보정하여 파일에 저장된 기준 임피던스를 확인하고 케이블이 포트 1과 포트 2 스윕 사이에서 움직이지 않았는지 확인하십시오.타임 게이팅과 디임베딩으로는 복구할 수 없습니다.

  3단계: TDR — 구조물의 위치는?

  TDR 스테이지는 S11을 임피던스 프로파일로 바꿉니다. 즉 역 FFT에 의한 임펄스 응답을 스텝 응답 ρ(t), 에 이어 $Z(t) = Z_0 (1+\rho)/(1-\rho)$ 으로 통합합니다.커넥터 런치는 시작과 끝에서 임피던스 범프로 나타나며, 일관되게 목표에서 벗어난 트레이스는 잘못된 임피던스에서 안정된 상태로 나타납니다.

  두 가지 제한이 적용됩니다.시간 분해능은 대략 $1/\text{BW}$ (10GHz 스윕의 경우 약 100ps) 이므로 10GHz 파일로는 불연속성을 그보다 훨씬 가깝게 구분할 수 없습니다.거리 축의 속도 계수는 0.5 ($\varepsilon_{eff} \approx 4$) 로 가정합니다. 다른 기판의 경우 시간 축을 신뢰하고 직접 크기를 조정하십시오.

  4단계: 타임 게이팅 — 메인 리플렉션 분리

  게이팅 스테이지는 S11을 시간 영역으로 변환하고, 주요 반사점 주변에 한 윈도우를 적용한 다음, 다시 변환하여 S11의 게이트 플로팅과 언게이티드 플로팅을 수행합니다.커넥터 반사판이 게이트 밖에 있는 경우, 게이트가 있는 S11은 커넥터 반사가 없어도 구조물의 정합을 보여줍니다.

  파이프라인이 자동으로 게이트를 선택하므로, 주요 반사가 가장 중요한 부분인지 확인하세요.게이팅은 분리하려는 응답이 시간적으로 위의 해상도보다 멀리 떨어져 있는 경우에만 작동합니다.빠른 진단이 가능하지만 디임베딩을 대체할 수는 없습니다.

  5단계: 변환 및 캐스케이딩

  변환 단계에서는 S를 Z, Y 및 ABCD 매개변수로 변환합니다.이 중 일부는 일부 주파수에서 실제로 정의되지 않습니다.무손실 선은 $I - S$ 선이 절반 파장 길이의 정수일 때마다 단수 행렬을 이루므로 Z는 존재하지 않습니다.0.1GHz부터 4GHz까지 100MHz마다 샘플링되는 무손실 1ns 라인의 경우 40개 지점 중 8개가 정의되지 않습니다.파이프라인에서는 이러한 포인트를 개수와 함께 작업에 실패한 것이 아니라 빈틈으로 보고합니다.

  캐스케이드 스테이지는 T-파라미터를 통해 공통 주파수 범위 (커넥터 파일, 트레이스, 커넥터) 에서 두 개 이상의 2포트 파일을 연결합니다.측정된 부분을 기반으로 채널을 구성하는데, 이는 디임베딩이 수행하는 작업과 반대입니다.

  6단계: 디임베딩 — 필요한 것

  디임베딩은 측정에서 알려진 고정 장치의 절반을 제거합니다.각 절반은 자체 S-파라미터로 설명되고 T-파라미터로 변환됩니다.

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

  어려운 부분은 경기의 절반을 아는 것입니다.일반적인 경로는 다음과 같습니다.

  • 2x-thru. 두 발사를 연속으로 맞대고 DUT가 없는 스루 보드를 측정한 다음 반으로 나눕니다. IEEE P370 방법이 이 작업을 수행합니다.오픈 소스 scikit-rf 라이브러리는 이를 파이썬으로 구현합니다.
  • DUT 레퍼런스 플레인 (보드의 TRL) 에서 캘리브레이션 표준을 적용하므로 VNA의 자체 캘리브레이션으로 픽스쳐가 제거됩니다.
  • 이번 출시의 EM 모델 (신뢰할 수 있다면)

  먼저 원시 측정값과 픽스처 파일에서 파이프라인을 실행하세요.수동성에 실패한 픽스처 파일이나 DUT와 겹치는 런치를 보여주는 TDR은 시간을 소비하기 전에는 디임베딩이 제대로 되지 않는다는 것을 알려줍니다.

  최종 출력 읽기

  어떤 방식으로 고정구를 제거하든 대부분의 설계에는 세 가지 숫자가 중요합니다.

  • 신호 나이퀴스트 주파수에서의 삽입 손실 — 10Gbps NRZ의 경우 5GHz.아이 다이어그램 도구은 주어진 손실이 눈에 미치는 영향을 보여줍니다.
  • 대역 전반의 반사 손실. 일반적인 PCB 트레이스의 경우 -15dB 이상은 허용되며 -20dB 이상이면 좋습니다.대역의 중간이 더 나쁘다는 것은 어딘가에 불연속성이 있다는 뜻입니다.
  • 신호 대역 전반의 그룹 지연 평탄도.급격한 변동은 심볼 간 간섭을 유발합니다.
  2026-09-19업데이트됨.이 문서의 이전 버전에서는 파이프라인에 없는 작업 (작동 선택, 조정 가능한 게이트 파라미터, 픽스처 디임베딩 단계) 과 위상을 무시하는 수동성 테스트에 대해 설명했습니다.이제 파이프라인의 기능에 대해 설명합니다. S-파라미터 파이프라인 툴