最簡便的S參數(shù)測試校準方法—AFR

我們先來討論這樣一個問題：如果先用SOLT校準校準到同軸端面，然后分別測試被測網(wǎng)絡與直通校準件的S參數(shù)，再將兩者參數(shù)進行去嵌處理，這樣得到的結(jié)果是否就是DUT參數(shù)？

對于這個問題我們可以在仿真軟件里面搭建如下拓撲結(jié)構(gòu)進行驗證，左右fixture為40ohm的走線，DUT為45ohm的走線。

將這兩個網(wǎng)絡的參數(shù)直接去嵌后結(jié)果如下，去嵌的結(jié)果和DUT實際S參數(shù)差別非常明顯。

從第一張圖中的去嵌端面(藍色虛線)可以看出實際測試網(wǎng)絡去嵌完剩下的部分并不是真正的DUT，所以這種直接去嵌的方法并不能得到正確的DUT參數(shù)。

換一個思路，如果將直通校準件從中間位置分離出左右兩邊f(xié)ixture，再利用去嵌功能將左右兩邊f(xié)ixture從被測網(wǎng)絡中移除掉，剩下的是否就是實際DUT的參數(shù)。

還是以此拓撲為例，用去嵌功能將左右兩邊的fixture從被測網(wǎng)絡中移除掉，結(jié)果如下：兩者的S參數(shù)吻合度非常高，說明用此方法來提取DUT的參數(shù)是可行的。

SOLT校準，TRL校準以及這種去嵌方法示意如下所示，從圖中可以看出用SOLT校準+去嵌和TRL校準都可以得到DUT的參數(shù)：

進行去嵌處理的前提是要得到左右兩邊的fixture參數(shù)，由于實際的thru走線很難做到完全對稱的結(jié)構(gòu)，無法簡單的將其一分為二。利用PLTS軟件的AFR功能(Automatic Fixture Removal)則可以準確的分離出thru左右fixture參數(shù)。

AFR的設計有如下要求：

1. 同TRL校準件一樣AFR也需要一個直通件thru，thru的左右兩邊的fixture需要對稱且和實際測試網(wǎng)絡上的fixture設計保持一致。
2. thru的左右兩邊f(xié)ixture的延時和損耗需要保證一致，阻抗則不需要完全匹配一致。
3. thru的長度設計的不要太長，不然會影響測試帶寬，建議thru的插損比回損大5dB以上為佳
4. 對于差分的thru建議SCD/SDC參數(shù)小于-30dB
5. 由于AFR基于時域處理，建議thru的延時要大于4倍系統(tǒng)上升時間

AFR分別對thru的時域阻抗T11/T22通過時域Gating功能進行處理得到T11A/T11B，再轉(zhuǎn)換到頻域后得到S11A和S11B，然后再根據(jù)信號流圖計算出其他參數(shù)。如下圖所示紅色的曲線為分離出的T11A和S11A，藍色的曲線為thru的T11和S11。

利用分離出來的fixture就可以計算出DUT參數(shù)，下圖為利用AFR得出的DUT參數(shù)和利用TRL校準得出的DUT參數(shù)對比，可以看出無論是S21曲線還是S11曲線吻合度都很高。

由于AFR可以分離出左右fixture參數(shù)，則可以應用于單端口去嵌的測試場景。如下圖所示為一個芯片測試板，示波器在TP1點處測量，如果想得到芯片管腳處的波形則需要在測試結(jié)果中去掉breakout channel的影響。

目前普遍的做法是做一個和breakout channel一致的replica channel，并用網(wǎng)分測試得出S參數(shù)，這樣就可以利用示波器的去嵌算法進行處理得到芯片管腳處的波形。但是replica channel相比較實際的breakout channel結(jié)構(gòu)多了一對同軸連接器（紅框部分），所以這樣處理得到的結(jié)果并不精確。

另外一種做法就是將replica channel長度做成兩倍的breakout channel長度，并利用AFR的去嵌功能分離replica channel，這樣得到的結(jié)構(gòu)和replica channel一致性更高，測試出來的結(jié)果也更精確。

對于DUT兩邊f(xié)xiture阻抗和長度都不對稱的應用場景，可以根據(jù)左右兩邊f(xié)ixture的特性做兩條thru，然后利用AFR分別對這兩條thru進行分離，得出左右的fixture的參數(shù)后就可以進行去嵌計算得到DUT參數(shù)。

最新版本的PLTS里提供單端AFR功能，即只通過測試單端口開路或者短路件就可以得到走線的損耗，比如單端口的單端S參數(shù)可以轉(zhuǎn)成兩端口的S參數(shù)，單端口的差分S參數(shù)可以轉(zhuǎn)成兩端口的S參數(shù)。下圖中藍色曲線為原始的單端開路件阻抗曲線，紅色的曲線為利用單端AFR轉(zhuǎn)化后的阻抗曲線。兩者吻合度非常高。

AFR相比較TRL校準有如下幾個優(yōu)勢：

1. AFR只需要設置一條thru校準件，數(shù)量要比TRL校準件少很多，操作步驟也相應的減少。
2. AFR可以處理DUT兩端fixture不對稱的情況。
3. AFR可以進行單個端口的去嵌操作。
4. 單端AFR功能可以將單端S參數(shù)轉(zhuǎn)成兩端口的S參數(shù)