天线|RF射频
直播中

张嘉

7年用户 150经验值
私信 关注
[问答]

射频测试治具设计概述

在现今的通讯领域中，无论是射频、微波或是高速数字通讯的组件测试，我们可以使用相对应的量测仪器设备来做设计、分析、验证及除错的工作，但是，待测物与仪器之间往往会有接口上的问题而无法直接连接，例如待测物为一封装IC，但测试仪器连接端口为同轴型接头，此时就必须针对该待测物尺寸、特性做连接治具，以利量测的进行。而治具的好坏相当重要，它会直接或间接影响到量测的结果，如精确度、重复性及重现性、使用便利性以及是否易造成人为因素的误差等，因此一个良好的设计必须考虑到诸多因素，这也是为何一个治具的设计费用的差异可以从台币数万元、数百万甚至更高。






回帖（5）

金晖

2019-7-9 17:21:26
由于治具所扮演的角色是仪器与待测组件之间的桥梁，因此理想上的治具必须符合没有损失、平坦的频率响应、没有接头的阻抗不匹配、精确已知的电气长度、与输入与输出端的隔离度无穷大为等条件，如此一来使用者就不需要执行治具的校正动作，而只需要透过同轴式的校正方式将仪器的误差扣除即可。但实际上的设计很难达成上述的理想境界，取而代之的为治具的损失比需小于待测组件损失或增益的不确定度、操作频宽必须大于待测组件的量测频宽、治具在连接端的阻抗不匹配效应必须很小、电气长度必须可量测、与隔离度必须小于待测组件的隔离度等条件，并且治具的寄生效应必须搭配适当的校正方式来移除。
举报

何丽

2019-7-9 17:21:32
在这里，我们以常用的示波器或数字电表做简单的例子，来对治具做一个简单的定义，示波器对外的连接为BNC接头，与待测物间常用一个主动或被动的探针(Probe)来侦测待测物的电压、电流特性。以此系统而言，探针就可视为一个治具，探针等效于一个负载电容威廉希尔官方网站 ，当电容值不同或频宽不够时，就有可能无法正确地显示出待测组件特性，此时就必须找到一个适合的探针，才能正确的反映出量测结果，因此从仪器测试端口到待测物的接口之间都算是治具的一部份。一般而言，较富挑战性的领域有直流的低电流(nA~fA)I-V特性量测、高频阻抗、平衡式组件、非50奥姆系统、自动化测试机台及电磁波辐射量测等，在不同领域中所讨论的内容会有相当大的差异，而本文主要是针对高频组件量测治具方面做一概念性的解说。
举报

徐波

2019-7-9 17:21:43
何谓校正/参考平面(Calibration/Reference Plane)

从网络、阻抗、时域反射、频谱分析仪甚至功率计中，都会提到所谓的系统误差的校正(Calibration)，这里所提的校正，并不是仪器因使用了一段时间产生频率飘移、组件老化而进原厂的校验，而是避免一个良好的仪器因外接的缆线、接头、治具等造成系统的不准确值提高所提出的概念，主要目的是要增加量测精确度、重现性及避免因不同的使用者而会有不同量测结果。

以网络分析仪的S参数量测为例，S参数是由侦测入射、反射及穿透的射频讯号振幅及相位来定义，但外接的缆线、测试治具等会造成信号衰减、相位延迟及反射等现象，而校正的目的，就是提供一个标准或特性已知的组件，以数学矩阵的模型计算出外接治具的损耗、延迟等参数，维持与到达标准组件的接面上，得到正规化的振幅大小为1、相位为0度的起始点，这就称为校正平面或参考平面。此时要注意的是，我们是以已知的标准组件做数学的运算，因此定义标准组件的各个参数值、及实际上标准组件与定义值的误差等，都会影响到校正平面的可靠度。此外，仪器并不会知道我们在校正平面之后做了什么事情，因此，若在校正平面之后又接了一段缆线、接头或是微带线(Micro Strip line)等，仪器会将此视为待测物的一部份，而造成量测上的误差，如图1所示。在高频仪器的校正模型上，我们整理出表1供各位读者参考，有时必须同时使用2种以上的方法将治具误差移除，详细的原理及说明请参阅前几期的新通讯组件杂志TRL、网络分析仪、TDR等相关文章。
举报

盛文凤

2019-7-9 17:21:47
系统误差

以时域反射仪系统为例，其仪器的测试频宽与步阶信号产器10%~90%的上升时间成反比，而加上缆线后，其系统的上升时间就变成公式1
，其中一项是缆线在高频下衰减3dB的频率响应，由公式1得知，系统频宽是信号源、接收器及外部缆线加总的结果，换句话说，系统的整体频宽会受限于最低的频率响应，若是治具的响应，就会使量测结果产生频宽不足的问题。

另外一个例子，是阻抗不匹配的结果产生的衰减及不准确性图2，信号源端的反射系数为Γs，有一个能量bs的入射波进入反射系数为ΓL的负载端，当两接口的阻抗与特性阻抗不一致时，就会产生多重路径的反射，而这种现象，就会产生不准确性误差：，及衰减量：，当不匹配程度愈高，系统不准确性就会愈明显。当然，某些误差可以透过校正的方式扣除，如相位延迟、信号衰减、隔绝度等，但若我们在执行校正时，信号振幅的不准确度就相当高，这时在校正后的准确性，就值得商榷了。

治具设计的概念

在治具设计之前，要先定下一个基本的目标图3，例如要设计Serial ATA的连接器治具，对待测组件频宽的要求、耗损、隔离度、串音、偏移(skew)等规格就要有清楚认知，接下来，是开始作一些粗略的验证，例如选用何种材料的印刷威廉希尔官方网站 板，其厚度、介电系数及均匀性为何，大略的损耗及频宽为多少等，此时会需要用到EDA工具来做软件的仿真，如Agilent的ADS、Ansoft、SPICE等工具，将各个特性先透过仿真的方式决定出信号线的长、宽、高及基板材厚度等。以降低失败可能性而造成时间及资源的浪费，当仿真数据搜集齐全后，就是实际作出样品，因真正的结果可能还有许多外在的因素造成误差是软件无法考虑的，因此，当得到样品之后，便是使用量测仪器做验证的工作，一般有向量网络、阻抗分析仪、时域反射仪等，可以协助在物理层上的测试。但有时可能会仿真真实的信号来验证其信号完整度，如眼图(eye diagram)等，这时就需要编码产生器、示波器的协助。若是治具中包含主动组件如混波器、放大器等，就必须使用频谱、向量信号分析仪分析其失真、噪声、EVM等参数。而使用的时机与必要性，则端视应用的领域而定。

当得到了初步的数据后，下一步就是要作最佳化的调整，若先期验证、规划做得好，这里花的除错压力就可以减轻许多，换言之，若基础建设没有做好，所花的精力及资源往往会事倍功半而得不到效果。

若此治具仅是单一案子使用，基本上在最佳化的调整做好后，就是完成品了，此时要对应模拟前后与实际量测到的参数、规格做容忍度的比较，并做S参数的定义，如此就可将治具的效应如De-embedded的方法在校正时将治具等误差移除。但对要做到一定量产规模的治具来说，成本效益、同批货间的差异性、是否易加工等因素就必须列入考量，以维持产品价格的竞争性。
举报

更多回帖

5 0 0

相关问答

射频 微波
发帖
电子发烧友APP
|投诉反馈|电子发烧友网
© 2021 bbs.elecfans.com
湘ICP备2023018690号
×
20
完善资料，
赚取积分