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纳米软件实例分享:使用网络分析仪进行电缆测试

  时间: 2023-02-03      586    

  本应用测试针对非标称50Ω的线缆,包括同轴、双绞线、差分高速数据线的测试,包括阻抗参数、S参数(插损、驻波、Smith图等等),也可以绘制眼图。

  根据电缆的性能,如频率范围、长度、是否差分,设置时域门控,可以按照线缆连接的位置,门控选通,获得实际物理线缆的各项参数结果。门控选通测试结果对应被测线缆,不含接头和夹具以及其它测试线缆。

   测试要点:

  由于被测线缆不是50Ω标准同轴线缆,可能是高速数据线、差分线等。

  用网络分析仪测试时,测试端口是标准50Ω同轴线缆,因此在连接被测电缆时要求使用转接头或夹具,而这些接头和夹具的S参数未知,需要去除其影响,才能获得被测线缆的实际参数。

  目前常用的方法是去嵌入或夹具移除法,这些方法要求精确设计的夹具和微带校准件,校准后移除夹具的S参数。其难点在于夹具及其校准件的制作,通常校准件的参数是理论设计值,跟实际值有一定差距,并且校准和得到的夹具自身S参数,可能造成实测数据曲线的波动,甚至错误。

  本方法采用通用校准方法,通过时域选通功能,定位到被测电缆,实测数据自动排除接头和夹具的影响。

  测试原理:

  时域分析是矢量网络分析仪的一个功能选项,时域分析中被测量是时间的函数。对于均匀介质中的传输,时间轴等效于距离轴。理论上,任意被测量例如阻抗Z、导纳Y 或S 参数都可以用脉冲响应或阶跃响应在时域来表征。

  矢量网络分析仪通过频域分析参数的数据结果,通过FFT反变换及滤波和加窗,得到时域测试参数,横轴为时间轴,分析脉冲响应或阶跃响应。对于均匀介质中的传输,时间轴等效于距离轴。

  快速傅里叶(FFT)正反变换是矢量网络分析仪实现时域分析的基础。用矢量网络分析仪时域分析时,需要根据被测件电长度L界定模糊距离,从而定义频率间隔Δf;需要根据需求定义电长度分辨率(时间间隔分辨率),从而定义频率宽度SPAN。

  最大无模糊距离

  image.png

  时间(长度)分辨率

  image.png

  注意,单端(S11)测试距离和时间,信号往返,是双端单向传输(S21)的2倍。如果被测线缆的电长度小于最大无模糊距离的2倍时,连接线缆单端(S11)测试的末端要连接匹配负载,否则末端开路或短路会在测试范围内产生模糊信号。

  使用“时间门”选择脉冲响应中的特定部分而抑制其余部分。时间门在时域分析状态进行选取和配置。时间门选取的时间片段对应测试通道内的某一段位置,在时域分析模式选取时间门,对应电缆连接监控位置点,打开时间门后,切换到频域进行监测。

  测试方法:

  DUT为线缆,可以是10Ω~1kΩ内任意阻抗;

  被测电缆焊接50Ω同轴接头,如SMA、N;

  如果DUT为差分电缆,每个电缆对焊接两对50Ω同轴接头,每对接头外壳导体互联,并连接DUT屏蔽层。

  测试之前校准。

  测试窗口分两个Channel:

  Ch1线缆插入损耗: S21测试,采用带通冲击响应,在第一峰值处门控选通,至少包含一对时域副瓣;

  Ch2线缆阻抗: Z11测试,采用低通阶跃响应,门控选通,包含DUT长度50%~80%。

  测试验证:

  DUT: 75Ω同轴,频率范围3GHz,长度914mm

  S21插损初始测试结果:

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  S21时域门控设置:

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  S21插损,门控选通修正测试结果:

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  Z11阻抗测试结果:

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  在产线测试中如何批量进行电缆的S参数测试?

  在生产产线中,由于测试量巨大,对于被测件需要逐一进行手动测试。如上述进行驻波比参数的测量,就需要一遍遍地进行参数设置,这样传统的手动测试不仅效率低下,测试数据手动记录对于数据的准确性也无法保证,同时也无法进行数据的追溯。因此传统的手动测试逐渐被射频产线自动化测试软件所替代,NSAT-1000射频无源器件自动测试系统能够实现对线缆等无源器件进行自动化测试,测试场景如图所示。用户只要录入测试被测产品的批次号、型号以及编号,便可对产品进行自动测试,并保存测试数据到数据库,用户可根据需要查询测试数据并生成报表。

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