最簡(jiǎn)便的S參數(shù)測(cè)試校準(zhǔn)方法—AFR

我們先來討論這樣一個(gè)問題：如果先用SOLT校準(zhǔn)校準(zhǔn)到同軸端面，然后分別測(cè)試被測(cè)網(wǎng)絡(luò)與直通校準(zhǔn)件的S參數(shù)，再將兩者參數(shù)進(jìn)行去嵌處理，這樣得到的結(jié)果是否就是DUT參數(shù)？

對(duì)于這個(gè)問題我們可以在仿真軟件里面搭建如下拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證，左右fixture為40ohm的走線，DUT為45ohm的走線。

將這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)直接去嵌后結(jié)果如下，去嵌的結(jié)果和DUT實(shí)際S參數(shù)差別非常明顯。

從第一張圖中的去嵌端面(藍(lán)色虛線)可以看出實(shí)際測(cè)試網(wǎng)絡(luò)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(gè)思路，如果將直通校準(zhǔn)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(cè)網(wǎng)絡(luò)中移除掉，剩下的是否就是實(shí)際DUT的參數(shù)。

還是以此拓?fù)錇槔?，用去嵌功能將左右兩邊的fixture從被測(cè)網(wǎng)絡(luò)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(zhǔn)，TRL校準(zhǔn)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(zhǔn)+去嵌和TRL校準(zhǔn)都可以得到DUT的參數(shù)：

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

AFR的設(shè)計(jì)有如下要求：

1. 同TRL校準(zhǔn)件一樣AFR也需要一個(gè)直通件thru，thru的左右兩邊的fixture需要對(duì)稱且和實(shí)際測(cè)試網(wǎng)絡(luò)上的fixture設(shè)計(jì)保持一致。
2. thru的左右兩邊f(xié)ixture的延時(shí)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(shè)計(jì)的不要太長，不然會(huì)影響測(cè)試帶寬，建議thru的插損比回?fù)p大5dB以上為佳
4. 對(duì)于差分的thru建議SCD/SDC參數(shù)小于-30dB
5. 由于AFR基于時(shí)域處理，建議thru的延時(shí)要大于4倍系統(tǒng)上升時(shí)間

AFR分別對(duì)thru的時(shí)域阻抗T11/T22通過時(shí)域Gating功能進(jìn)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(hào)流圖計(jì)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(lán)色的曲線為thru的T11和S11。

利用分離出來的fixture就可以計(jì)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(zhǔn)得出的DUT參數(shù)對(duì)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(yīng)用于單端口去嵌的測(cè)試場(chǎng)景。如下圖所示為一個(gè)芯片測(cè)試板，示波器在TP1點(diǎn)處測(cè)量，如果想得到芯片管腳處的波形則需要在測(cè)試結(jié)果中去掉breakout channel的影響。

目前普遍的做法是做一個(gè)和breakout channel一致的replica channel，并用網(wǎng)分測(cè)試得出S參數(shù)，這樣就可以利用示波器的去嵌算法進(jìn)行處理得到芯片管腳處的波形。但是replica channel相比較實(shí)際的breakout channel結(jié)構(gòu)多了一對(duì)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(cè)試出來的結(jié)果也更精確。

對(duì)于DUT兩邊f(xié)xiture阻抗和長度都不對(duì)稱的應(yīng)用場(chǎng)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(duì)這兩條thru進(jìn)行分離，得出左右的fixture的參數(shù)后就可以進(jìn)行去嵌計(jì)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(cè)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(lán)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(zhǔn)有如下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

1. AFR只需要設(shè)置一條thru校準(zhǔn)件，數(shù)量要比TRL校準(zhǔn)件少很多，操作步驟也相應(yīng)的減少。
2. AFR可以處理DUT兩端fixture不對(duì)稱的情況。
3. AFR可以進(jìn)行單個(gè)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)