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1、使用 50使用 50 实验室设备测试 75实验室设备测试 75 电路的 S 参数 电路的 S 参数 从事有线、陆地或者卫星电视应用工作的射频工程师经常需要测量 S 参数。使用最小损耗网络将传统的 50 测试端口阻抗转换成 75 设备， 为获得合理的测试结果提供了一种经济便利的方法。 对大多数低于 1GHz 的实验室应用来说，由 1%误差 0402 或者类似的电阻构建、安装在 PCB 板上的最小损耗焊盘提供一种使用 50 实验室设备快速便利地测试75 电路的方法。在大多数情况下，唯一需要修正的因素便是 MLP 插入损耗 - 5.7dB 加上连接器的额外损耗。通常 S 参数的测试不需要使用复杂的计
2、算或者甚至 Smith 圆图。 从事有线、陆地或者卫星电视应用的射频工程师经常需要测量电路的 S 参数。以前工程师使用矢量网络分析仪校验 TV 调谐器输入是否提供他们所希望的回波损耗，将会面对这样的问题：如何使用 50 VNA 测试我的 75 DUT 的 S 参数？如果有充足的资金，答案便是建造专门设计用于测试 75 电路的设备(75 源阻抗和负载阻抗测试端口)。否则，使用最小损耗焊盘将传统的 50 测试端口阻抗转换成 75 DUT，这为获得合理的测试结果提供了一种经济便利的解决方法。 当 IC 制造商给出电缆 TV LNA 的回波损耗(|S11|)时，这个测试结果是以 75 作为参考的。也即
3、，如果|S11| = -30dB (反射功率仅为 1000 分之一，实际上是相当完美的匹配)，当用 75 源阻抗驱动时，事实上器件输出会允许所有功率传输到 LNA 上。 当使用 50 源阻抗驱动时同样的调谐器不再获得良好的回波损耗。 将这完美匹配调谐器输入直接连接到 VNA 上，|S11|测试结果接近-14dB，现在的反射功率为1/25! 使用同样 50 VNA，我们怎么能证明 TV 调谐器输入性能如我们所说的那样良好。 因此需要匹配电路。它应当具有平坦的频率响应和最低的插入损耗。工业标准的匹配电路是“最小损耗焊盘”(也即“MLP”)。如图 1图 1 所示的简单电阻网络。该网络的关键性能便是将
4、 75 DUT 负载阻抗转换成 50 以便仪器测量， 以及将 50仪器源阻抗转换成 DUT 内部的 75 阻抗。这种方法消除了反射，响应是平坦的，网络的损耗值很容易由 DUT 测量值扣除 MLP 的损耗而得到。 大部分测试设备制造商都提供“最小损耗焊盘”， 在需要的时候很容易在实验室平台上构建这样的网络。 “最小损耗”指在获得同样的阻抗变换及可能的电阻网络配置的条件下该网络提供最低的插入损耗。 图 1. 最小损耗焊盘将 75 DUT 匹配到 50 测试端口。低频插入损耗 5.72dB。频率响应平坦度的上限由元件的品质因素决定。 将 ZLOAD转换成 ZLOAD的数学方法很直接，由附录 A 给出
5、。推导得到的 ZLOAD表达式描述了从测试端口看过去的(RSOURCE)的MLP和DUT的级联阻抗。 将等式作一下变换，可由 ZLOAD解得 ZLOAD，这提供消除 MLP 影响的方法，由 ZLOAD处的测试数据可得到真正的 ZLOAD值。附录 B 给出代数运算可作为参考，在这儿提供以下的结果： 完整性检查计算的合理性。假设我们通过 MLP 测量 75 电阻的阻抗。VNA 会测得RLOAD=50 (无穷大回波损耗)，我们期望数学告诉我们负载电阻为 75 的结果。设 RLOAD=50 ，可得到 R1=43.3 和 R2=86.6 ，这样我们得到所期望的 ZLOAD=75 。把这个简单的表达式分解
6、成实部和虚部以及使用电子表格计算会变得更加有用。把这个简单的表达式分解成实部和虚部以及使用电子表格计算会变得更加有用。通常，75 DUT 的测量会与阻抗测量不一样-回波损耗(dB)，反向隔离，噪声系数和输入三阶交截点是经常测量的。在这些情况中，有助于得到关于 MLP 的以下结论： (1)只要 RLOAD接近 75 , 可减少由 MLP 失配导致的额外 VSWR，可以假设MLP 增加了由失配引起不可忽略的测量不确定性。 (2)相反地，当 RLOAD不同于 75 时, MLP 不再进行正确的阻抗变换，测试端口与 MLP 以及 MLP 与 DUT 之间的额外 VSWR 值增加， 导致测量不确定性。有
7、许多工具可计算失配(以 VSWR 表示)以测量不确定性。 (3)在指定的频率范围内 MLP 可认为纯阻网络，具有 5.7dB 插入损耗，再加上连接器和电缆的额外损耗。 (4)在 S11 和 S22 测量的路径损耗以及在 S21 或 S12 测量中完全损耗为插入损耗(至少 11.4dB)的两倍-这降低了 VNA 的有效灵敏度和动态范围。 在实际的例子中，比如我们想测量有线/陆地广播电视 LNA 如 MAX3558 四个 LNA的 S21 参数。将 DUT 放置到测试装置中，器件的输入口和输出口都放置 MLP，如图 2图 2 所示。校准 VNA，不包括 MLP。连接端口 1 到 MLP 的 50
8、口上，连接 75 到LNA 输入。对一个输出端口和 VNA 的端口 2 进行同样的配置。 图 2. 使用 50 设备测试 MAX3558 四个有线/地面电视 LNA VNA 使用两个最小损耗焊盘进行阻抗变换且测量 S21 (前向增益)。VNA 测得增益在 500MHz 时接近-5dB。简单扣除两个 MLP 和连接器/适配器的 11.5 或者 12.0dB插入损耗后，LNA 在 75 上提供 7dB 功率增益。 S21 (反向隔离)测量不是直接得到。这些 LNA 的隔离指标为 65dB。扣除两个 MLP的额外损耗后，VNA 本身需要分辨 77dB 的 S12。如果不细心，接收端口的功率对VNA
9、来说太小而无法精确测量。解决方法是保证接收端口功率至少高于 VNA 噪声基底/内部隔离基底 10dB。VNA 没有隔离校准的话，噪声基底约为-100dBm。我们需要设置源阻抗功率至少为-20dBm, 最好为-10dBm 或者甚至 0dBm。端口 1 接收到充足的功率，进行测量，将测量值加上 12dB 扣除插入损耗。也即，-77dB 测量值变为-65dB. MAX3558 评估板在 PCB 上带有焊盘允许工程师加入他们自己的最小损耗焊盘。应当用 50 SMA 代替 75 F-型连接器。 在高于几百 MHz 的频率上，安装在 PCB 上、由 0402 电阻构建的 MLP 带来了测量精度问题。寄生参
10、数会破坏网络是纯阻的假设。在这种情况下需要更复杂的方法解决问题。方法之一便是完全描述 MLP 的特性，使用 Smith 圆图精确地消除匹配电路的影响。 另外的解决方法便是使用基于电感的变压器进行很低损耗的阻抗变换。射频变压器通常用阻抗变换比来描述，而不是匝数比，比如描述为1.5:1. 对于低于 1GHz 大多数的实验室应用，安装在 PCB 上、由 1%误差 0402 封装的电阻构建的最小损耗焊盘提供一种使用 50 设备快速便利地测试 75 电路的方法，。在大多数例子中，唯一需要修正的因素便是 MLP 损耗-5.7dB 加上连接器的损耗。并不需要复杂计算以及 Smith 圆图进行基本 S 参数测量。当需要更高精度或者更宽频率范围时，需要更高精度、更宽的频率范围时，可从大多数制造商得到经过产品测试的高质量 MLP。 附录 A: 由 Z附录 A: 由 ZLOADLOAD推导 Z推导 ZLOADLOAD 附录 B: 由 Z附录 B: 由 ZLOADLOAD推导 Z推导 ZLOADLOAD
