Linear S-Parametrelerinin Temelleri

Scattering parametreleri, S-parametreleri olarak evrensel olarak bilinen, yüksek frekanslı mühendislik lingua franca of high-frets. Grounded in Wave-based iletim hattı teorisi, bu parametreler, doğrusal bir ağın nasıl tanımlanmış bir boşluk altında davrandığının tam bir açıklaması sağlar - neredeyse her zaman 50 ULL. İki giriş cihazı için, dört karmaşık değer S11, S21, S12 ve S22 kodlu giriş, ileri seviyenin geri dönüşümü, geri dönüşüm ve çıkış yolu ile yapılır.

Lineer S-parametrelerin teorik alt yapısı, test altında her bir cihazın yanıtlarının kesin olarak kalmasına olanak sağlar: Bir lineer zaman değiştirilen (LTI) sisteminin birden fazla stil gösterimine izin verir. Tasarımcılar, S-parametrelerine bireysel olarak tepkilerini eşitler.Sessiz analiz için yanıt verir (temel olmayan), sabit bir şekilde ayarlanır ve şifreli bir ölçümleme ile ilgili bir ölçüm yapar.

Bir lineer tasarım akışında, S-parametreler düşük boyutlu yükselteçlerden gelen her şeyin başlangıç noktasıdır, S ⁇ S ≤ I (daha az sayıda kanal için) Bu özellikler, bir güç transferine anında bilgi verir ve yanlış bir kayıp kaybı ile ilgilidir.

Linear S-Parametrelerinin doğrusal olmayan cihazlar için sınırları

Doğru olmayan davranışlar, baskı, harmonik nesil ve intermodülasyon (IMD) ile ilgili olarak, tek bir S-parametre matrisi, yükleme seviyesi ile temel değişiklikler nasıl elde edildiğini veya AMPM dönüşümlerini üreten fazları nasıl yakalayabildiğini açıkça ifade eder.

Klasik Sparameter çerçevesi lineerliği ve zaman değişkenliği varsayıyor. Bu varsayımlar tutarsa, süperpozisyon geçerli; ne zaman, cihaz davranışı mutlak güç seviyesine bağlıdır, DC önyargı, ve bazen bir fark işareti, tamamen om giriş gücü, +10 dBm'de performansı tahmin etmek için işe yaramaz olacaktır.

Bununla birlikte, Sparameters, hibrit simülasyonda lineer olmayan blokların vazgeçilmez bir parçası olarak kalır. Anahtar, S-parameter konseptinin hangi versiyonunun (daha küçük imzalı, büyük imzalı veya poliharmonik) kullanımına güvendiğini bilmektir.

Küçük Saatler: Bir Quiescent Point etrafında Linearizasyon

S-parametreleri doğrusal olmayan bir cihaza uygulamak için en doğrudan yol, sabit bir DC işletim noktası etrafında lineer bir şekilde doğrusallaştırılır ve çok küçük bir RF stimulus. Bu, 1-dB sıkıştırma noktası altında geleneksel küçük imzalı S-parametreler. Elde edilir veya algoritmalar, cihazın artımlı davranışı ile simülasyonlanır: o zaman tek bir yanlılık seviyesindeki doğrusal bir eşdeğer devrenin cevabıdır.

Küçük imzalı S-parametreler ilk eşleştirme ağ tasarımı için temel oluşturur. Tipik bir yükseltici akışında, mühendis S11 ve S22'yi kararlılıkla değerlendirmek için başlar ( Rollett stabilite faktörü K ve {{) ve daha sonra S-parametre dosyasının giriş ve çıkış ve çıkış ağlarını tasarlar ve yükleme katlarını elde etmek için en iyi şekilde yüklemesine izin verir.

Eşleştirme ağları sentezlendikten sonra, tasarım tam doğrusal olmayan bir modele taşınır - kompakt bir transistör model (Angelov, Curtice, BERA-SOI veya Vinayak) veya bulunan bir blokaj-provided nonlinear blok-provided büyük bir performansa doğru ilerlerken, çıktı gücü, verimlilik ve lineerlik. Küçüksignal S-parametreler cihazın gerçek sürüş seviyelerindeki davranışları hakkında hiçbir şey söylemiyorlar, harmonik sonlandırmalar hakkında bilgi sağlayamazlar.

Başka bir nuance: küçük imzalı Sparametreler sadece doğrulanmış durumda, yükselticinin giriş gücü ile yan etkileri – ki bu genellikle doğrusal olmayan transistörde yeniden birleşme etkileri nedeniyle yapılır – sonra nominal önyargıdaki küçük imzalı veriler giderek daha fazla yanlış olur.Bu, güç aşamaları için neden büyük imzalı ölçümler gereklidir.

Büyük Saatler ve Sıcak S-Parametreler

Lineer S-parametreler ve tam doğrusal olmayan modeller arasındaki boşluk, büyük imzalı S-parametreler kavramı - "hot S-parameters" olarak adlandırılan - bu yaklaşımda, cihaz büyük bir tek ton stilist tarafından yönlendirilir ve dalgalar yalnızca temel olarak ölçülmezler ve aynı zamanda harmoniklerin ötesinde bir standart ölçüm yöntemi ile donatılmıştır.

Büyük imzalı S-parametreler kesinlikle doğrusal olmayan parametreler değildir; genellikle küçük imzalı değerden farklı olarak sunulan bir formatta sunulurlar, örneğin bir GaN HEMT, küçük sinyalde nasıl değiştiğini görselleştirmek için kullanılabilir - j15 ULL10 {{ 3 dB'ye kadar. küçük imzalı veriler kullanarak, yanlış bir giriş elde etmek için yanlış bir giriş elde edebilir.

Büyük S-parametreleri ayrıca sabit çıkış gücü için temel veriler sağlar. Modern yük-pull sistemleri bir ayarlayıcı (pasif veya aktif) bir NVNA'nın, büyük teslimatlar sırasında istenen ticaret ayarlandığında en iyi ayarlamalar için bir araya gelmesi için kullanılır.

XParameters ve Polyharmonik Distortion Modeling

S-parametrelerin en titiz uzantısı, nonlinear dünyaya X-parametre resmim tarafından tanıtıldı ve Keysight (eski Çevik) tarafından tanıtıldı ve Polyharmonik Distortion (PHD) modeline dayanarak, X-parametreler, her bir harmonik dalgalar hakkında daha fazla uyarıda bulunan küçük bir uyarıda bulunan dalgalar hakkında tam olarak bu tahminleri içerir.

X-parametreleri, tüm önemli harmoniklere karmaşık yanıt vererek, cihazın fiziksel modeli gibi davranan bir setini kullanarak ölçülür.Bu, elde edilen verilerle (örneğin, ADS veya SystemVue'de, cihazdaki sabit olmayan blokları test etmek için kullanılır.Bu, Xmeters'i mükemmel bir şekilde entegre etmek için doğrulayıcı veya genişletir.

X-parametrelerinin pratik uygulamaları şunları içerir: Bir vericide güçlendiricileri zincirini basitleştirmek, ACPR'yi (ortalama kanal gücü güç oranı) modlu sinyalleri belirlemek, dijital önyükleme (DPD) algoritmaları tasarlamak ve lineer olmayan etkiler için uygun olmayan etkiler. Ancak, X-parametreler geçişler için geçerlidir: Doğrulanmış bir uygulama noktaları ve önyargılı noktaların belirlenmesi veya cihazın doğrusal olmayan davranışın belirlenmesi için gerekli olan zaman için geçerli olabilir.

SParameters'ın Ötesinde: Zaman-Domain- Davranışsal Modeller

Sparametreleri ve nonlinear kuzenleri merkezi bir rol üstlenirken, tam doğrusal olmayan simülasyon aracı da zaman zaman alan modellerini (SPICE geçici analiz) ve frekans-bölge harmonik bakiyesi ile idare edilir.In harmonic bakiye, diferansiyel modeller, transistör denklemler.Bu hibrit yaklaşımlar Sparametreler tarafından da bilinir, lineer olmayan bir bağlantı, doğrusal olmayan bir cihazla, doğrusal olmayan bir şekilde çözülürken, doğrusal olmayan bir şekilde şarj edilir.

Sistem düzeyinde simülasyon için, AM-AM ve AM-PM karakteristik eğrileri gibi hafızasız davranışsal modeller genellikle büyük bir işaretli S-parametre ölçümlerinden elde edilir. Dijital önyükleme (DPD) algoritmaları bu amplitüdün ve faz-distortion profillerine büyük ölçüde güveniyor. Bazı iş akışlarında, Volterra serisi veya ağ tabanlı modeller gibi, parametrelerin büyük bir xparametreden çıkarılan bir sinyalli büyük bir ölçümle yüklenebilir.

Güçlü bir tasarım metodolojisi, S-parametrelerine girildiğinde kartsız bir şekilde temsil edilmez; bunun yerine, onları uygun bir bağlamda kullanır. Pasif çıkış bağlantı ağı, bir güç amplitüdünün eşleme ağı, giriş filtre, önyargı tee - tüm bunlar S-parametrelerinin çoğu önemli olduğunda, tipik bir GaNparametrenin sabit olmayan bir şekilde sabit olmayan bir şekilde taşınmasına neden olabilir.

Pratik ölçüm Strategies ve Kalibrasyon

Doğru Sparametre verileri, her sonraki doğrusal olmayan modelleme adımın temelidir. Lineer küçük imzalı ölçümler için, SOLT (Short-Open-Load-Thru) veya TRL (Thru-Reflect-Line) gibi iki işlem daha hızlı ve daha yüksek frekanslarda daha doğru, yüksek frekanslarda, örneğin, basit ve daha basit bir kalibrasyon süresine bağlıdır.

Büyük atama ve doğrusal olmayan karakterizasyona taşınırken, kalibrasyon karmaşıklığı keskin bir şekilde artar. Bir NVNA, üç katlibrasyon seviyesi gerektirir: test altında sunulan standart bir S-parametre (terör düzeltme) kalibrasyonu, genellikle kontrol edilen bir güç kesintisi ile kontrol edilmelidir ve tüm harmoniklerin zeminini temel olarak ayarlaması gerekir.

Mühendisler genellikle küçük imzalı ölçümler ilk önce Anahtarsal Parasitics (açıklama veya TRL kalibrasyon gibi tekniklerle doğrudan ölçümlenen verilerden elde edilirler) sonra, S-parametrelerin matematiği zarifken, nihai modeldeki araçların kalitesi sadece doğrulanmış bir şekilde yapılır.

SParameters'ı Modern Simülasyon İş Akışları'na entegre etmek

Tipik bir RF güç amplifikasyonu tasarımı akışında, süreç böyle görünebilir: Tasarımcı, transistörlerin yerini alan bir iç projeksiyon cihazı (örneğin, bir BSIM modeli) ve pasif eşleştirme ağları için eşleştirilir.

Filtreler, antenler ve interconnects, S-parametreler kesin tanımlayıcı olarak kalır. Bir anten S-parametre dosyası (S11), S-parametrelerden ve lineer olmayan bir güç yükselteç modeli ile bir araya gelebilir, Toplam radiated güç (TRP) Inted lineer ve nonlineer olmayan bloklar, seçilmiş referans engelleyici ve frekans ızgarası ile birlikte bir araya getirilebilir.

Bir başka önemli yönü, N-port S-parametrelerinin, her elementin sürücüsüz kuvvet yükselticileri, kirişin sabitlenmesi ve EVM (terör vektörü) gerçekçi çalışma koşullarında ele alınabilir. IEEE Mikrodalga Teorisi ve Teknikleri Derneği'nin teknik yayınları () Bu matrisleri, bu tür karma uygulamaları içeren birçok teste olanak sağlar.

Nonlinear S-Parameter Kullanım için Meydanlar ve En İyi Uygulamalar

En yaygın pitfalllardan biri, S-parametrelerin büyük imzalı rejime kadar taşınmasını beklemektir. Bir tasarımcı, S-parametreleri kullanarak düşük bir önyargıda ölçülmüş ve sonra giriş gücünü artırmak için, S-parametre bloklarını geçerli tutmak gerekir; Sonuç, yarı iletken olmayan bir model olmalıdır ve DC mevcut değişim - bunların hepsi gerçek bir devrede felaket başarısızlığına yol açabilir.

Diğer bir meydan okuma referansın tanımıdır. 50 ULL çoğu RF sistemleri için standarttır, bazı cihazlar (örneğin düşük gürültü rakamları için optimize edilmiş), cihazın tam davranışını değişken yük altında yakalamanıza olanak tanır.S-parameters, yükleyici bir performansa sahipken, genellikle sabit olmayan bir şekilde sabitleyici bir şekilde sabitlenebilir.

Sıcaklık bağımlılığı, diğer karmaşıklık katmanını ekliyor. Oda sıcaklığında ölçülen S-parametreleri aşırı işletim koşullarında (örneğin, -40C to +85°C) kazanç ve istikrar marjlarını etkilemeye çalışır. Benzer şekilde, yaşlanma ve süreç varyasyonları, hem lineer hem de doğrusal olmayan özellikleri değiştirebilir.

Hibrit S-parameter/nonlinear simülasyonları kullanırken, transistörlerin her harmonikteki S-parametrenin geçerli frekansı aralığında kalmasını sağlamak için gereklidir, ancak veriler bu frekanslarda en az 5,3 oranında bir filtreye sahip olmalıdır.

Son olarak, tasarımcılar, küçük imzalı koşullardan kaynaklanan küçük kararlılık analizinin sınırlamalarının farkında olmalıdır. Düşük güçte koşulsuz olarak istikrarlı bir şekilde istikrarlı bir şekilde istikrarlı bir şekilde istikrarlı bir şekilde sabitlenebilir ve birçok ticari simülasyonda elde edilen değişiklikler cihazın terminali engelleyicileri içerir.

Kapanış Perspektifi

Sparametreleri olağanüstü bir şekilde güç gösterdiler çünkü doğrusal olmayan tahminleri daha kesin bir şekilde tanımlayan lineer olmayan bir şekilde karakterizasyon planlarını çözdüler.In device technologies it into itsishi-Time to largesignahertz regimes and as-baging and taşıyıcı-aggation programs demand ever-linear argument, S-parameter framework will evolve smallsignal systems.

Bu araçları ustalayan mühendisler - 5G üssü veya yüksek güç radar vericisi için basit bir VNA ölçümden, lineer modellerin nerede uygulandığı ve nereye gittiğinin açık bir şekilde anlaşılmasının anahtarı, şüphesiz her tasarım, yeni formalizmler getirecek.

Daha fazla okuma için aşağıdaki kaynaklar derinlemesine bilgi sunar: [[Şerefsiz Analiz Çözümleri Portalı).