关于S参数的常见问题 矢量网络分析仪与网络分析仪的区别

q: s参数主要是什么参数?
a: s参数英文是scattering parameter。是指元器件反射信号和传输信号的特性,因此s参数包含反射参数,如s11,s22等;传输参数s12,s21等。
q: 请问一下,在哪些产品的测试中需要测这个参数,不了解.
a: 所有的无源和有源器件都可以用s参数表征。无源器件如滤波器、衰减器、隔离器、功分器、环形器等;有源器件如放大器、混频器、变频器等。
q: 测试pcb上的阻抗时对地端连接有什么要求吗?
a: 如果您pcb上有同轴连接器,网络分析仪电缆连接同轴接头时就接地了,(接头中心导体传输信号,外导体接地);如果是用探针测量pcb上的传输线,探针上一般也有传信号的针和接地的针。
q: 用网絡分析仪如何测试驻波比及反射系数?
a: 用网络分析仪来测试驻波比和反射系数非常简单,反射系数即是s11,参数设置为s11,格式为log mag即为s11的幅度,将格式设置为swr即可直接得出驻波比。将参数设置好,然后进行校准,然后测量,仪器可以直接以图形的方式给出结果。
q: 阻抗测试,是网络分析仪准确,还是tdr测试准确?
a: 理论上说,频域测量和时域测量是完全等效的,能够互相转换。因此在相同的系统上升时间、相同的校准方法的基础上测量的时域阻抗也是一致的。但在实际应用中,vna有更精确的校准算法可以去除电缆、接头、pcb夹具的影响,而tdr做这些校准是比较困难的,因此通常vna的精度更高一些。
q: 校准的时候必须校准50ohm阻抗吗? 是不是校准也要去掉线损,对网分和要测的网络之间的线材有什么要求吗?
a: 如果网分系统阻抗设为50 ohm,校准件也是50 ohm校准件,那么校准之后网分端口的输出阻抗就是50 ohm匹配。校准是在电缆端口上进行的,因此校准过程中会自动去除线损(校准误差项中包含线损和失配)。网分和被测件之间的线材取决于需要测量的频率,频率越高,
线材要求越好。除了线材之外对同轴连接器也有一定的要求。pcb材料常用各式各样, 高性能的如rogers 4350, 松下m6/7/8,  生益的s9n等等。连接器普通常见的有sma接头,2.92mm 接头, 1.0mm接头等等。sma...2.92mm...1.0mm这类连接器日常使用以及避坑指南
q: simith原图所显示的阻抗是指网络的输入阻抗吗?
a: 没错,是网络的输入阻抗。圆图中心点是您设置的网分系统阻抗。圆图上显示的测量曲线是您的被测件在不同频率上的阻抗值。
q: 通常情况下我发现测试低阻抗时测试误差值太大,比如测试1欧姆左右的特性阻抗, 有没有办法提高其精度?
a: 您指的是频域阻抗吗?还是时域阻抗?如果您指的是在测低阻抗时s11的波动很大,这个波动大不一定代表了误差大,可能是测量的真值。例如在50 ohm的特性阻抗下,如果负载阻抗是51 ohm, s11linear = (51 – 50 ) / (51 + 50) = 0.01, 如果负载阻抗变为52 ohm,
s11linear = (52 – 50) / (52 + 50) = 0.02,只变化了0.01;如果特征阻抗是1 ohm,负载阻抗是2 ohm时,s11linear = (2 – 1) /(2 +1)。网络分析仪测试频域阻抗的原理是从测得的s参数通过计算转换得到z,从s11转换到z的过程在系统阻抗附近具有最好的灵敏度。在现有条件下,可以通过尽量优化s11的精度来尽量得到更好的z精度,例如减小中频带宽,增加平均都可以减小网络仪的噪声,优化s11精度,进而尽量得到更好的z精度。
q: 一般在什么条件改变的时候,就需要重新校准网分?
a: 网分的校准是基于某一个测试状态,包括仪器设置(频率范围,点数,中频带宽等),电缆状态,测试硬件连接,温度等。其中任何一个因素变化都建议重新进行校准。一般情况下,在环境温度变化较小,仪器设置和硬件连接不变的情况下,可以一天校准一次。如果对测量精度有更高的要求,需要查阅网分的技术指标,看它的幅度和相位随时间和温度的漂移有多少,来确定你需要多长时间重新校准一次。
q: how to use vna to measure the impedance of differentail tx line? any suggestion for calibration method if freq. is over 5 ghz?
a: you can use 4-port vna to do a 4-port calibration and measurement on your tx line, the 4-port single-ended s-parameters can be transformed by the vna or software (like plts) to balanced s-parameters (like sdd11, scc11, etc), then the vna (like ena-tdr) or software (like plts) can transform the balanced s-parameters to tdr impedance (tdd11, tcc11,
etc). you can use solt or trl calibration, if you want to remove the fixture effects (coaxial to microstrip adapter) of your tx line, trl calibration is a better choice, or you can use afr (automatic fixture removal) to characterize the fixtures and de-embed from your total measurement.
q: ena是差分100ohm的设备,当量测不是差分100ohm的待测物时(如差分85ohm),测试夹具要制做成差分100ohm还是差分85ohm?
a: 对您的情况,夹具通常做成85 ohm。从时域tdr上看,夹具两侧的同轴部分是100 ohm的,而中间连接dut部分的阻抗为85 ohm。
q: 1.plts分析阻抗时,如果只有s11或s22 参数和s11/s22/s21/s12 参数齐全的时候结果有差别吗? 如果有主要是什么原因造成的?
2.plts分析阻抗,如何根据我的线路长度来设定测试频率范围,扫描点数等参数最后才能得到一个比较可信的结果? 3.能介绍下afr的原理和过程以及注意事项吗?
a: 如果有传输参数,plts在时域变换时会从传输参数中推算出器件的电长度,从而优化时域变换的起始时间和截止时间,如果只有反射参数,时域变换的时间范围会有所区别,在不同的时间范围做时域变换,得到的时域响应会稍有差别,但是很小;测量时域阻抗时通常会先规定一个测量的系统上升时间,上升时间越快,测量的阻抗波动越大,而系统上升时间是由测量带宽决定的,在通常的窗函数系数下,20ghz带宽的对应了35 ps的系统上升时间,您可以根据您需要的系统上升时间确定测量带宽;从信号与系统理论上讲,频域采样对应了时域的周期延拓,如果您的传输线长度超过了一个时域周期,一个周期的部分时域响应会和下一周期的时域响应叠加到一起,实际测量时要避免这种情况。时域周期和频域的频率间隔是倒数关系,因此在某一频率间隔下能测量的最长传输线长度为range(meters) = (1/δf) * vf* c,其中δf为测量频率间隔(频率范围 / 点数),vf为传输线的速度因子,c为光速 plts的afr(automatic fixture removal)功能是为了解决非同轴测试的夹具移除问题的,它能将一个直通从数学上分成两半,从而得到左右两侧夹具的特性进行去嵌入。直通和夹具可以是单端的,也可以是差分的。除了从直通提取夹具特性之外,它还能通过pcb上的开路或短路件提取夹具特性。如果是差分夹具,afr要求直通尽量上下对称;另外afr要求直通长度既不能太小(至少5倍系统上升时间),也不能太大(直通插损和回损不能有交叉点)。
q: 用na测试线圈的电感值能精确到小数点后几位?通常测试的时候一般小数点后两位就会开始跳动,怎么设置能有更高的精确度
a: 用na测试电感的原理是先得到s11->z->l。所以l的精度主要由于s11的精度和转换到z的灵敏度决定,后者是固定的公式。所以可以通过尽量优化s11的精度来得到更准确的l值。方法是校准正确,减小中频带宽,增加平均。
q: 矢量网络分析仪与网络分析仪的区别? 如何根据产品的不同来选择不同的校正类型?如short,open,load,thur.
a: 网络分析仪有标量和矢量之分,现在的网络分析仪基本都是矢量网络分析仪。校准方法取决于您的器件的接头类型,如果有标准的同轴接头,如3.5 mm, sma,n型等,可以直接使用solt校准方法,用机械或者电子校准件都可以;如果您的器件的接头类型是非同轴的,如
usb连接器,那么需要考虑trl校准;或者先校准到同轴,然后提取夹具的效应再做去嵌入。
q: 如果把s参数转换成眼图,同时vna的测量又更为精确,那样tdr还有什么优势呢?
a: vna和tdr相比有更大的系统动态范围,更精确的误差修正。tdr的优势是直接时域测量tdr和tdt对数字工程师更加直观。但是数据速率不断提高,需要测量的频率也越来越高,很多数字工程师也需要综合考虑时域和频域的测量。很多测试规范都 规定了时域阻抗、skew,频域的插损、串扰等的测试。
q: 如何测试天线连接到pcb上的阻抗?
a: 我理解您的问题是在测量天线阻抗时会受到pcb夹具的影响,如何去除pcb夹具的效应。pna或plts的afr(automatic fixture removal)功能能够很方便地提取pcb夹具的特性,有了夹具的s参数之后您只需要对天线测试做去嵌入就可以去掉pcb夹具的影响。
q: 2-ports e-cal用来做4-ports测量校准可以吗?精度怎么样?
a: 可以。如果您使用的是ena,那么请参考http://ena.support.keysight.com/ ... ibration_with_ecal_(electronic_calibration)/full_3_port_and_full_4_port_calibration_using_2_port_ecal.htm
q: 我想问一下,e-cal为什么不能集成到设备里面呢?
a: 因为您在设备外面还有加电缆去和被测件相连,为了去除电缆、接头等的效应,需要在电缆端面连接e-cal或机械校准件做校准。
q: 网络分析仪器如何测量功率放大器(5w~100w左右)am 和pm曲线,p1压缩点.
a: 对功放的p1db测量是通过网分的功率扫描下测量增益完成的,当某个输入功率下的增益相比线性增益下降了1 db,就是功放的p1db。您的功放功率较大,网分本身可能无法提供足够的功率使您的功放进入压缩状态,因此可能需要在测试中外加预放。在p1db点的压缩增益和
线性增益的比值称为deltagain,如果所有频点都达到了1 db压缩,那么deltagain应该显示为-1。deltagain变换到相位就是am to pm曲线。
q: na只能把被测件当成黑匣子测得s参数,原则上说无法 断定其内部出现问题之处,目前测试频率还达不到100ghz,寻找芯片内故障的功能很有限。而tdr用于微小器件测试,尤其当内部存在多处阻抗不连续处 时,从理论上说,测出的“阻抗”其实已无明显的物理意义。同
时因脉冲上升时间难以做到1ps,存在空间分辨率过低的问题。如何解决这些问题?
a: 您说的问题是存在的,由于tdr没有那么小的系统上升时间,因此很难观察到微小器件的阻抗不连续点。如果您确实需要这么小的时域上升时间的话,网分是可能达到的,现在网分和探针都有频率高达1.1 thz的系统了。
q: 1. 观看s参数时主要看的频率点为何?如何对应高速信号的速率? 例如pcie gen2的速率为5gbps,想評估pcb走线的sdd21或sdd11的好坏,要观察哪一个频率点的结果呢? 2. 测量s参数时,最高(0.35/tr?)与最低频率要取多少,取样点要取多少(每10mhz取一点?),才能有比较合适与正确的结果? 3. 在查看crosstalk时,通常取多少db为标准(-34 db?)可以认为相邻的走线间串扰很小可以忽略?
a: a. 通常测量频率范围取数据速率的三倍以上(覆盖三次谐波)。因为时域波形包含了很多频率成分,因此测量频率范围内的所有频率点的sdd21和sdd11都要评估;b. 高速数字应用通常采用起始频率和频率步进都为10 mhz的设置,这样方便做时域变换测量tdr阻抗。测量的截止频率取决于您需要的系统上升时间,在标准窗函数下20 ghz测量带宽对应了35 ps的系统上升时间。有了以上三个值您就可以确定测量点数。当然您还需要确保10 mhz的频率间隔能够满足您器件的长度,器件的长度不能超过range(meters) = (1/δf) * vf * c,其中δf为测量频率间隔(频率范围 / 点数),vf为传输线的速度因子,c为光速;c. 串扰的标准没有统一标准,请参考不同的测试规范,如pcie。相邻走线的串扰通常不能忽略,很多规范都规定了远端串扰和近端串扰的测试标准。
q: 1.s参数在仿真软件中,s参数的采样点数的多少会影响仿真的结果,关于这个问题,请问您有什么看法或者解决方案呢? 2.承上,s参数在低频(46ghz
a: 测量的频率范围是由连接器的尺寸决定的。sma一般能测量到18 ghz, 3.5 mm能到26.5 ghz, 2.4 mm能到50 ghz,1.85 mm能到67 ghz。西南微波的连接器只是一个例子,他们的质量很好,我们以前做高频验证时用过他们的2.4 mm的连接器。他们也有不同的尺寸覆盖不同频率。
q: 测试差分损耗的时候需要用到4个端口的网络仪,那是不是代表必须得用四端口的电子校准件来测试呢?能用2端口的吗?
a: 使用ena-tdr的时候不能使用2端口的电子校准件校准来测试差分损耗。您可以使用4端口的电子校准件,机械校准件,或者trl校准件进行全4端口的校准。
q: 传输跟踪和反射跟踪误差指的是什么意思?
a: 矢量网络分析仪内部一般会有三个测量接收机 r、a 和 b 接收机。其中 r 是用来测量激励源信号的参考接收机,a是测反射信号的,b是测传输信号的。如果用测量接收机r、a、b分别去测量对于同一个射频信号(幅度、相位和频率),我们不要求它们的测量精度很好,但
是即便是都存在测量误差的情况下,也不管误差有多大,网络分析仪所要求的是a 的测量和b的测量结果要尽量和r的测量结果一致。在一个频段范围内,无论 r 的测量结果是什么, 如果 a 和 b 的测量结果都能和 r 的测量结果保持一致,就说明 a 和 b 的测量结果能够在这个频率范围内“跟踪”上 r 的测量结果。如果不一致,就表示有了“跟踪”误差。
q: 校准是只需要做一次就可以还是需要每次测试之前都重新校准?
a: 校准的目的是通过测量得到测试时那套配置下的误差,这个误差包括了很多因素,包括当时当地的仪器设置和状态,温度,连接配置。其中的任何一项有改变了都最好重新做一下校准。需要尽量使得校准的数据为真实测量时的状态,才能保证好的校准效果。
q: 对于电缆一致性测试方案比如hdmi/usb这样的标准,您更推荐vna还是采样示波器的方案?
a: ena-tdr是我们推荐的方案,因为它是hdmi/usb电缆一致性的认证方案。更多信息请参考www.keysight.com/find/ena-tdr_compliance


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