Giriş Giriş Giriş

RF ve mikrodalga mühendisleri, yükselteçleri, filtreler, antenler ve interconnects, ve onlar vektör ağı analiz eden (VNAs) ile rutin olarak ölçülmelidir, ancak zaman alan örneklerini zamanında tekrarlayan birçok pratik analiz durumunda, zaman alan örneklerini doğru bir şekilde yansıttıkları zaman zaman alan verilerinin doğru şekilde tekrarlanması gerekir.

Doğrudan Fourier dönüşümüne dayanan klasik teknikler, kullanım kolaylığı, sonlu transkript etkileri ve gürültüye duyarlıdır. Son iki yılda, sistem doğrudan zamanlı ölçümlerde elde etmek için daha sağlam yöntemler ortaya çıktı, gelişmiş dekonvolution, veya modern sistem-identification ve makine-öğrenme stratejileri kullanmak. Bu makale, teoriyi, pratik uygulamaları ve bu gelişmiş tekniklerin tuzaklarını anketler ve yüksek oranda genişleyen mühendisler için yol haritası sunuyor.

Temeller: Zamandan S-Parametrelere kadar

Bir Nport lineer zaman değişmez ağ, port'daki dalga ile tamamen karakterize edilir; diğer tüm yüklerde ise, DDDD'nin (D) eşitsiz bir şekilde işlenmesi veya doğrulayıcının (D) veya DNT'nin (D) doğru şekilde işlenmesi ile ilgili uyarıların (düşün) veya diğer tüm doğrulayıcıların (düşün) doğru şekilde işlenmesi ile birlikte, dört satırda (D) veya (D) veya DNT) veya D) veya DNT (D))) bir şekilde doğrulanmış bir şekilde doğrulanmış olması gerekir.

Zaman-bölgesi yansıma (TDR) genellikle hızlı bir adım veya dürtü sinyali kullanır ve test altında bir cihazdan gelen dalgaformunu kaydeder (DUT). Zaman-domain iletimi (TDT) bu uyarıyı ele alır.In both cases, ölçümlenen dalgaformu, kabloların, radyolojik bant genişliğinin etkisini doğru bir şekilde ele alır.

Konvansiyonel Zamana Karşı Mücadelede Meydan Meydan Okumalar

Tipik bir iş akışı zaman aralığı ile ilginin kısmını bir zaman kapısıyla ayırıyor, bir pencere fonksiyonu uygular ve sonra ayrı Fourier dönüşümü (DFT) hesaplar.

  • [FONTD:0]Spectral sızıntı: [Dönetici: Pencere fonksiyonu ile bile, güçlü bir ⁇ bileşeninden enerji, düşük seviyeli S-parametre detaylarına yayılabilir. Bu özellikle yüksek seviyeli ölçümler gerektiğinde problemli.
  • [FONT:0] Aliasing of time-domain yankıes:[Dönetici: 0,0) Eğer kayıt uzunluğu her çoklu yansımaları yakalamak için çok kısaysa, dönüşüm eksik bir sistem yanıtını temsil edecektir. uzun kayıp iletim hatları için, yankılar on nanosaniye için devam edebilir ve dikkatli bir şekilde gating gerektirir.
  • [FONT:0) Kolaylaştırma:[Dönetici: 0,0) Dönüşüme dayalı ekstraksiyon tüm frekans bandında geniş bant genişliği ölçüm gürültü dağıtma eğilimindedir, etkili dinamik aralığı azaltır.Görüntü enerjisinin düşük olduğu frekanslarda, gürültü S-parametre tahminine hakim olabilir.
  • [FONT:0)Firma hataları yanlış yorumdan kaynaklanmaktadır:[Dönemli bir zaman olayı arasındaki geçiş ve dalgaformları, doğru bir şekilde tetiklenme veya ileri interpolasyon olmadan telafi etmek zor olan frekans alanında lineer bir aşama sunar.
  • [FONT:0)Band genişlik transkript:[Dönetici:[Dönetici:0)[0]Band genişlikte transkript:[0] [FONT=0))))))))) Bir zaman domain ölçümünün etkili bant genişliği, bu sampling ve analog anti-alias filtrelerinin tamamen ortadan kaldırılması ile sınırlıdır.
  • [FONT:0]Non-ideal ends:[Dönetici:0) Gerçek bir ölçümde, referansın tüm bant genişliği üzerinde nadiren 50 ULLY, alınan S-parametrelere yol açan sistematik hataları düzeltmiş olsa bile. yüksek kaliteli son derece düşük frekanslı sergi frekansına sahip olmak zorunda olan daha bağımsız bir yanlış bir uyumsuz yanlış bir uyumsuz.

Bu kısıtlamalar, ileri parametrik ve non-parametrik olmayan tekniklerin gelişimini, doğrudan DFT bazlı ekstraksiyonu tahmin sürecine dahil ederek teşvik etti. Bu yöntemlerden birçoğu, geri dönüşümleri sistem kimlik problemi olarak tedavi ediyor, bu doğal olarak inversiyonel olarak tedavi ediyor.

Gelişmiş ZamanDomain SParametre Ekstraksiyon için Modelleme

Ölçülen verileri bağımsız örnekler dizisi olarak tedavi etmek yerine, gelişmiş yöntemler verileri fiziksel olarak motive edilen bir modele uygun hale getirir ve S-matrix ile doğrudan ilişkili olan model (örneğin, katalite, geçiş) ve S-parametreler, endüstri ve akademideki en yaygın kullanılan teknikleri değerlendirerek elde edilebilir.

ZamanDomain Sistem Tanımlama ve Devlet-Space Gerçekleştirmeler

Sistem tanımlaması, ölçül giriş- ⁇ davranışını yeniden üreten bir devlet uzayı veya transfer-işlev modeli inşa eder. N-port cihazı için, bir devlet uzayı düzeninin temsili n:

⁇ (t) = Bir x (t) + B u (t) y (t) = C x (t) + D u(t)

Nerede u(t) ve y(t) olay ve yansıma / dönüştürücü dalgalar vektörleridir. matriks A, B, C, D, N4SID veya MOESP gibi alt uzay algoritmaları kullanarak ölçülebilecek bir adım veya dürtü yanıtlarından tahmin edilebilir. Bu yöntemler devlet düzeninin ötesindeki küçük kullanıcı girişi gerektirir.

[FONT:0]S = D + C (sI – A)).

s = j ⁇ . Bu parametrik model istikrara sahiptir (Döngedeki yarı-düzemelerde A’nın değerini gösteren subspace kimlikleri) ve geniş bir bant genişliği üzerinde değerlendirme için rasyonel bir işleve kolayca dönüştürülebilir.The main practical Challenge[D:0)Keysight), TDR/TDT verilerinin VNA ölçümlerini çok düşük bir siparişin geçerli bir şekilde kontrol altına almada yardımcı olabilir.

Rational Function, Vector Makyajı (VF) ile

Vector algoritması, başlangıçta Gustavsen ve Semlyen tarafından tarif edilen, elektromanyetik modellemede bir iş haline geldi. VF iteratively reweights a pole-relocation procedure method to zoom-domain data. sadece zaman alan yanıtları mevcut olduğunda, geçici bir adım ilk kez VF'nin doğrudan tekrar tekrar tekrarlama işlemine (en az sayıdaki VF'ye) ve sonra VF'ye ihtiyaç duyan rasyonel modeli otomatik olarak VF'ye uygun olarak genişletilebilir.

Prony Analysis and Matrix Kalem Yöntemleri

Bu yüksek çözünürlüklü tahmin teknikleri, karmaşık üst düzey üst düzeylerin toplamı olarak bir dürtü-cepsiyon dalgaformu modeli oluşturur:

[Düzücük: ⁇ [DÜye: 1)[DÜye: 1)[Üye: 2)[Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye)[Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye)

Profitny'nin yöntemi kutupları ayırmak için lineer bir tahmin problemi çözer[Dönetici:0)[Dönetici:0) ve rezonans R)[Döneticileri[Döneticileri)[Dönlendirmek için uygundur.

Ekstraksiyon Yöntemlerinin Karşılaştırması

Bu üç parametrik yaklaşım arasında seçim, uygulama. Devlet uzayı tanımlaması, yalnızca birkaç rezonansa hakim olduğunda çok daha uygun.Vector fit, rastgele bir frekans yanıtlarını işlemek için en esnek sunar ve ticari EM simülasyon araçlarına yaygın olarak kullanılır. Prony ve matrix kalem yöntemleri, aşağıdaki küçük model siparişleri ve mükemmelleştirir: En iyi doğruluk için, bir hibrit yaklaşım kullanılabilir: subspace kimlik veya vektörel bir model elde etmek için, sonra, kalem matrisi kullanarak kritik rezonanslar için daha hızlı kullanılır.

  • [FONT:0)State-Space (N4SID/MOESP): [Dönetici: 1) Robust to noise, çok sayıda giriş / ⁇ s, kullanıcı tanımlı sipariş gerektirir.
  • [FONT=0)Vector:[Dönetici:[Dönetici:0))))) Bu, geniş frekans aralıkları için iyi, geçişleri uygulanabilir.
  • [FONT:0)Prony/Matrix Kalem: Doğrudan zaman alan uygun, birkaç kutup için en iyi, seçim için hassas.

Dekonvolution and Kalibrasyon Teknikleri

Zaman domain ölçümleri nadiren idealdir; bu tür yanlış eşleşmeler ve frekans bağımlı kaybı gibi sistematik hataları düzeltmek için bilinen standartların dürtü yanıtını içerir.

Düzenlileştirilmiş Inverse Filtreing ve Wiener Deconvolution

Ölçülen bir çıktı y(t) = h[DÜye:0)[DUT’un dürtüsü[DUT[DUT)[DUT[DUT:2) DUT olmadan sistemin referans ölçümü mevcutsa, DUT ve sistemin cevabı, DUT’un dürtüsünü geri almaktır[DUT’nun kaynağına göre).

H[DÜDÜ:0)Wiener[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜye Değerler: {0}[DÜye Olmayanlar İçin Tıklayınız.

α, gürültüye bağlı olarak normalleştirme parametresi olduğunu.Sistem transfer fonksiyonunun derin normlara sahip olduğu frekanslarda aşırılık sağlarken, yüksek frekanslı gürültüyü azaltmak için dörtlü devreli işlem yapılabilir. α'nın seçimi genellikle L-curve kriteri ile yönlendirilir.Daha ileri yaklaşımlar Tikhonov normalleştirme veya toplam varyasyon yüksek frekanslı gürültüyü korumak için sayısal olarak elde edilir.

Bilinen Standartları Kullanan Kalibrasyon

Sadece VNA kısa-Açık-Load-Thru (SOLT) veya Thru-Reflect-Line (TRL) standartları olarak, üç veya daha bilinen yansıma standartlarını ölçerek zaman aralığına uygun olarak ayarlanabilir.

Makine Öğrenme ve Veri-Driven Yaklaşımları

Neural ağları zaman alan dalgalamalarından S-parametrelere doğrudan eğitim verileriyle ilgili olarak eğitilebilir. Tam bağlantılı veya konvolutional ağ, gürültü azaltması ve interpolasyondan sonra, fiziksel tutarlılık için daha fazla bilgi edinmek için çok sayıda sayısal yönteme ihtiyaç duyar.

Pratik Uygulama ve Signal-Processing Thinkations

Ölçme ve Veri Edinme

Yüksek kaliteli ekstraksiyon, istenen bant genişliğini kapsar. Hızlı bir artış süresi ile bir uyarıcı kullanın (örneğin, < 20 ps forbands up to 20 GHz) veya istenen bant genişliğini kapsayan bir fotosaniyeli pulu ile başlar. Örnek oranı en az 2.5× faizin maksimum frekansının, ve kayıt uzunluğun tüm önemli çoklu yansımaları çekmesi gerekir.Uygunluklar için 16 ila 64,3 arasında ortalama. Diferansiyel ölçümler yaygın olabilir.

Zaman Gating ve Edge-Alignment

Herhangi bir ekstraksiyon algoritmasına başvurmadan önce, bir zaman kapısı genellikle DUT'un bağlantı sonlarından ve fikstür yansımalarından yanıtını izole etmek için uygulanır. Ancak, agresif gating kendi Gibbs-phenomenon eserlerini öğretir. Gelişmiş tekniklerle sert bir şekilde üşürüme, ayarlanabilir pencere (örneğin, Kaiser-Bessel) veya aynı anda kapı şeklini ve alt üst düzey Sparametrelerin altında bir parametrenin gecikmesine neden olabilir.

Model Order Selection ve Over-Fitting

Parametrik yöntemler bir model siparişi (kahkahalar sayısı) seçmek gerektirir. Çok düşük bir sipariş veriye göre; doğru DUT davranışından ziyade gürültüyü ele almak. Bilgi-theoretic kriteri (AIC, MDL) veya birden fazla satın alma işlemi seçimine yol açabilir. Vector uygulamaları genellikle daha iyi bir şekilde gerileme aşamasına girer.

Geçerlilik ve Hata Analizi

Test tekniği belirsizliğini ölçmek olmadan tamamlanmaktadır. S) gibi önemli parametreler için, 0DUT'un bir referansı, 0.1 dB veya 1°'nin değeri, faz ve grup gecikmesi için dikkat edin.Manif büyüklüğü (EVM) tek bir ölçüm sunar.In-parametreleri elde etmek için önemli bir güven aralığı sağlar.

Vaka Çalışması: Yüksek Hızlı bir Bağlantının S-Parametrelerini Türletmek

Bir 40Gb / kurulu montajı, sızıntı nedeniyle 35 dB'nin üzerinde ölçülen bir bağlantı olarak değerlendirilebilir.Bir saat boyunca yapılan ölçümler, 0 °C'ye göre, toplam 2 inçlik bir sistemle aynı şekilde yapılır.

Future Yol Tarifi

ultra geniş bant uygulamaları (110 GHz ve ötesinde) hem zaman alan aletlerini hem de ekstraksiyon algoritmalarının sınırlarını zorlar. Photonic-assisted örnekleme ve elektro optik teknikler, zaman alan kayıtlarını resimosaniye çözümü ile üretir, ancak ölçümler üretim hattı testleri için daha yüksek çözünürlükte kullanılabilir.Insit VNA noktaları sadece yüksek çözünürlüklü TDR verileriyle aynı zamanda tekrarlanabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Zaman zaman aralığı ölçümlerinden kesin S-parametreleri elde etmek, sinyal işleme, mikrodalga teori ve hesaplama modellemeye yönelik bir meydan okumadır. Basit zaman-freze dönüşümü, sağlam kesinti ve kalibrasyon adımları için genellikle yetersizdir.Profesyonel ölçümler için dikkatli bir şekilde yapılır.Probleks sistemleri, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan bu yüksek hızlama yöntemlerine doğrudan bağlanır.