מהנדסי RF מסתמכים על VNA (נתח רשתות וקטורי) על מנת למדוד פרמטרי-S של רכיבי ה-RF שלהם לצורך אפיון ושימוש עוקב בתכנון. בעיה אחת במדידה היא שהרכיבים הללו הינם מיועדים לעיתים קרובות להתקנה עילית (SMD) ואינם מתחברים ל-VNA ישירות. מתקני בדיקות פשוטים של לוח מעגל מודפס (PCB) מיוצרים לעיתים קרובות כך שתבוצע התקנה עילית של ההתקן הנבדק (DUT) לצורך חיבור ל-VNA, כמודגם בתרשים 1. יחד עם זאת, מתקן הבדיקות עצמו מציג רכיבי מעגל לא רצויים (parasitics) למדידות פרמטר-S, אשר אותם יש להסיר בתהליך הקרוי de-embedding.
מאמר זה מתאר תהליך de-embedding מעשי שאינו דורש פיתוח מודל מעגל שווה ערך של החלקים במעגל שנמצאים לפני ואחרי ההתקן הנבדק. כמו כן אין הוא דורש שהקטעים שליפני ואחרי הרכיב הניבדק יהיו סימטרים. תצטרך סימולאטור ליניארי פשוט היכול לטפל בפרמטרי S ובטרנספורמציות של מטריצות S-Y-Z. הדוגמה שלנו משתמשת בתוכנת ה- Genesys Virtual Network Analyzerשל Agilent EEsof EDA, אשר ממנה נלקחו צילומי המסך.
סיכום של שלבי ה- De-Embedding
1. בנה שלושה מתקני PCB, עם התקן נבדק (DUT), open ו-short.
2. מדוד פרמטרי-S של ה-open, short, וההתקן הנבדק באמצעות נתח הרשתות שלך.
3. הסר את ה-parasitics הטוריים מההתקן שעליו ה- DUT הנבדק ומהתקן ה-open על ידי הפחתת פרמטרי ה-Z של ה-short.
4. הסר את ה- parasiticsהמקבילים מההתקן שעליו ה- DUT הנבדק על ידי הפחתת פרמטרי ה-Y של ה-open מהשלב הקודם.
5. קבל את המאפיינים הממשיים של ההתקן הנבדק על ידי המרת פרמטרי-Y לפרמטרי-S משלב 4.
השלבים מתוארים להלן ביתר פרוט ומבוצעים בצורה אוטומטית לנוחותך בתוכנת ה Genesys Virtual Network Analyzer. לדוגמה השתמשנו בקו תימסורת עבה בעל עכבה נמוכה כהתקן הנבדק DUT כדי להדגים את תוצאות ה”לפני” ו”אחרי” של ה-de-embedding.
שלב 1: בנה שלושה מתקני PCB, עם התקן נבדק (DUT),open ו-short.
התכונן לתהליך ה- de-embeddingהזה על ידי יצור שלושה מתקני בדיקה:
1. לוח המעגל המודפס (PCB) עם ההתקן הנבדק (מוצג בתרשים 2).
(תרשים 2 סמוך לכאן)
2. מתקן ה-open הינו לוח המעגל המודפס ללא ההתקן הנבדק מורכב, כשזה מותיר את קווי התימסורת מחוברים להדקי הכניסה והיציאהשל הלוח המודפס, כמוצג בתרשים 3. מתקן זה מכיל parasitics טוריים ומקבילים.
3. מתקן ה-short הינו מתקן ה-open המוצג בתרשים 3 עם הקצוות של קווי התימסורת אל נקודות החיבור של ההתקן הנבדק מקוצרים (shorted) על ידי שורה של חורי via לאדמה (מוצג בתרשים 4). חורי ה-via המוארקים מקצרים החוצה את ה- parasiticsהמקבילים ומותירים רק את ה-parasitics הטוריים.
שלב 2: מדוד פרמטרי-S של ה-open, short, וההתקן הנבדק
כשה-VNA מכויל כיאות, מדוד את פרמטרי ה-S של שלושת המתקנים ושמור את התוצאות
כ-“Open_Data”, “Short_Data” ו-“DUT_data”. ודא את איכות מדידות ה- shortוה- openעל ידי הצגת פרמטרי ה-S שלהם בטבלת ה-Smith.
תרשים 5 מראה את תגובת מתקן ה-open. פרמטרי ה-S ממוקמים באזור ה-open הימני של טבלת ה- Smith. הוא מראה את ה- parasiticsהקיבוליים המקבילים במתקן ה-open.
תרשים 6 מראה את תגובת מתקן ה-short. פרמטרי ה-S ממוקמים באזור ה-short השמאלי של טבלת ה-Smith עם מידה מסוימת של השראה טורית, דבר הנראה סביר עקב חורי ה-via.
תרשים 7 מראה את תגובת ההתקן הנבדק (קו תימסורת רחב במקרה זה) לפני de-embedding.
שלב 3: הסר Parasitics טוריים של מתקני ההתקן הנבדק וה-Open על ידי הפחתת פרמטרי ה-Z מה-Short
כדי להסיר Parasitics טוריים, אנו מפחיתים את ה-Parasitics הטוריים של ה-Short גם ממתקן ה-DUT וגם ממתקן ה-Open. זה מבוצע באמצעות חיסור פרמטר Z.
ראשית, בצע המרת פרמטרי S ל-Z של ה-“Open”, “Short” ו-“DUT” כמוראה בשורות 7, 12 ו-18 של עורך המשוואות שבתוכנת Genesys (מוצג בתרשים 8). אתה יכול לבצע את אותם חישובי טרנספורמציית מטריצה במקום אחר אולם זה הרבה יותר נוח לביצוע ב- GENESYS.
עתה אנו מוכנים לחיסור כדי להסיר את ה- parasiticsהטוריים ממדידות “ההתקן הנבדק” וה-“Open”. זה מוצג בתרשים 8, שורות 23 ו-26.
שלב 4: הסר את ה- Parasiticsהמקבילים של ההתקן הנבדק על ידי חיסור פרמטרי ה-Y של ה-Open משלב 3
עתה התכונן להסיר את ה- Parasiticsהמקבילים על ידי הפחתות פרמטר Y. בצע המרה של פרמטרי ה-Z ל-Y שנתקבלו של ההתקן הנבדק וה-“Open” משלב 3 כמוראה בשורות 24 ו-27 של תרשים 8, בהתאמה. חסר את ה- ה- Parasiticsהמקבילים המיוצגים על ידי פרמטר ה-Y של ה-“Open” מההתקן הנבדק כמוראה בשורה 32 של תרשים 8.
שלב 5: קבל מאפייני DUT ממשיים על ידי המרת פרמטרי Y ל-S משלב 4.
השלב האחרון בתהליך ה- de-embeddingשלנו הוא להמיר את פרמטרי ה-Y הסופיים של ההתקן הנבדק חזרה לפרמטרי S, כמוראה בשורה 36 של תרשים 8.
כדי לוודא ששלבי ה-de-embedding הללו פועלים בצורה מדויקת, אנו משווים את הסימולציה של ה-DUT לפרמטרי ה-S של ה-de-embedding מהשלבים לעיל בטבלאות ה-Smith המוצגות בתרשים 9.
אנו ווידאנו את תוצאות ה-de-embedding. שים לב שטבלת ה-Smith שנתקבלה מיושרת בצורה מושלמת עם סימולציית ה- DUT-onlyשל קו התימסורת העבה.
מסקנה
טכניקת ה- de-embeddingשתוארה והוכחה כאן הינה גישה מעשית היכולה לשמש לקבלת דיוק טוב ממתקני בדיקה פשוטים מיצור עצמי עבור רכיבים שהינך מלחים ללוחות מעגל מודפס עבור מדידות VNA. לקבלת דיוק טוב, בנה את הקטע שלפני התקן הנבדק קצר ככל האפשר – עדיף פחות מ-5% מאורך גל – על המצע. למידע נוסף ולהדגמה של תוכנת ה-Virtual Network Analyzer נמוכת העלות, בקר ב:
