測試系統(tǒng)的開關(guān)構(gòu)造(06-100)

　　一般，完整的開關(guān)模塊表征參量是隔離、返回?fù)p耗和插入損耗。實(shí)際中，用向量網(wǎng)絡(luò)分析儀來測量模塊或個別繼電器的性能，能很快地提供完整的S參量信息?？蓮腟參量推導(dǎo)出隔離和損耗量。

　　往往要做一定的簡化。例如，一個繼電器從輸入或輸出看，物理上是相同的，則從輸出到輸入傳輸S12和從輸入到輸出傳輸S21將是相等的或非常接近于相等。

　　在無線電測試裝置中，500MHz開關(guān)性能指標(biāo)大大超過90.1MHz最高信號頻率。然而，對于RF應(yīng)用，帶寬的開關(guān)性能指標(biāo)才是關(guān)鍵。例如，開關(guān)如何良好地與測試系統(tǒng)的50歐姆特性阻抗匹配？不好的匹配等效于大的電壓駐波比(VSWR)，這會導(dǎo)致駐比圖形反射和失真的測試信號。

　　PXI-2593的VSWR(DC到200MHz)保證小于1.4：1。其典型性能圖示出，VSWR僅大于1.1:1。VSWR=(1＋|Г|)/(1-|Г|),式中1Г1是反射系數(shù)值。對于這些VSWR限制，其相應(yīng)的輸入反射系數(shù)范圍是0.167~0.048,或17%~5%左右。

　　往往標(biāo)出返回?fù)p耗而不是反射系數(shù)。返回?fù)p耗＝-20log(|Г|),對于無線測試?yán)?，它?5.5dB~26.4dB。此值越大，意味著通過開關(guān)的功率與反射功率之比就越大。換言之，較大的返回?fù)p耗值，意味著更多的輸入功率呈現(xiàn)在輸出。

　　考慮在相同VSWR范圍內(nèi)的插入損耗。假若由于在輸入端的反射使信號功率損失16.7%，則83.3%信號功率到達(dá)輸出。0.833：1比是插入損耗計(jì)算的基礎(chǔ)。插入損耗＝10 log(輸出/輸入)。對應(yīng)于1.4：1和1.1：1 VSWR插入損耗分別為0.8dB和0.2dB。典型的性能圖示出在100MHz插入損耗為0.2dB。

　　隔離

　　當(dāng)開關(guān)打開和信號通路完全切斷時，信號的一小部分仍然會耦合到輸出。隔離描述輸入信號功率耦合到輸出的部分。隨著頻率的增高，開關(guān)隔離會降低，這是因?yàn)榭缃訑嚅_接點(diǎn)處的電容所致。然而，不同的繼電器具有足夠低的電容支持開關(guān)轉(zhuǎn)換1GHz或2GHz信號，甚至高達(dá)40GHz的信號。

　　例如，最高密度的開關(guān)模塊采用小的簧片繼電器作為開關(guān)器元件。簧片繼電器除小型特點(diǎn)外，還具有非常好的可靠性、低成本、指標(biāo)范圍寬的特點(diǎn)。因?yàn)樵诓ＡЧ苤袃蓚€簧片彼此靠近，開關(guān)打開的最小電容大約為0.2pF。

　　有一種BGA封裝的繼電器，是專門為匹配50歐姆傳輸線而設(shè)計(jì)的無引線器件。BGA繼電器的輸入和輸出信號通路設(shè)計(jì)成RF傳輸線，貫穿繼電器的RF阻抗近50歐姆。這種繼電器雖然有11.5GHz，-3dB帶寬，但在5GHz其隔離僅為10dB。盡管此繼電器具有良好的匹配特性，產(chǎn)生良好的返回?fù)p耗(1GHz時35dB，5GHz時20dB)，但當(dāng)繼電器打開時，有10%的輸入信號漏到輸出(在5GHz)。

　　用于討論隔離的電容耦合模型由下列部分組成：一個開路接點(diǎn)上的電壓源、跨接在接點(diǎn)上的雜散電容、另一個接點(diǎn)到地的50歐姆負(fù)載?；谶@種非簡化的模型，0.28pF電容對應(yīng)10dB隔離(在5GHz)或41dB隔離(100MHz)。

　　PXI-2593 多路復(fù)用器的隔離沒有規(guī)定，但通常在100MHz，其隔離大于90dB。在性能指標(biāo)中注明繼電器的類型是機(jī)電鎖存繼電器。這種高頻機(jī)電繼電器(如G6Y)在900MHz，至少可提供65dB隔離。盡管PXI-2593多路復(fù)用器不采用簧片繼電器，但在高頻達(dá)到非常高的隔離是可能的。兩個繼電器與第3個繼電器串聯(lián)的T形配置，從中間點(diǎn)到并接電容耦合信號到地。這種方法需要3個繼電器，而串聯(lián)的兩個繼電器失配，將使整個插入損耗變壞。

　　為了在非常高的頻率實(shí)現(xiàn)良好的損耗和隔離利用段時間來確定相干取樣頻率。再次考察相同的8位圖形，將數(shù)據(jù)分為兩段(圖2)。由于分段的緣故，數(shù)據(jù)取樣不再按正常的時間順序排列，而是交錯地進(jìn)行的，因此取樣波形是在采集完成后重新排序獲得的。CIS的取樣速率由下式給出：

　　SR=KN/Tb(NL+K)

　　因子K是可變的，對任何們長度和速率能保持10MS/s的取樣率。
  
　　近實(shí)時取樣示波器

　　NRO采用CIS技術(shù)，取樣器鎖定在從輸入信號中恢復(fù)的時鐘上，取樣速率略低于10MS/s，這樣取樣速率不是數(shù)據(jù)速率嚴(yán)格的整分?jǐn)?shù)倍，讓取樣在圖形的同一時間點(diǎn)上重復(fù)進(jìn)行。示波器連續(xù)地捕獲數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲器長度為4M點(diǎn)，最長可達(dá)512M點(diǎn)。

　　如上分析表明，NRO不是順序地采集數(shù)據(jù)的，需用記錄數(shù)據(jù)重新排序后來重構(gòu)波形。由于數(shù)據(jù)采集技術(shù)的差異，CIS方法采集數(shù)據(jù)至少比順序取樣技術(shù)快50倍(10MS/S對于200KS/S)；數(shù)據(jù)點(diǎn)多1000倍(4M點(diǎn)對4K點(diǎn))。NRO的有效帶寬在20GHz-100MHz。

　　NRO通常用來捕獲重復(fù)的數(shù)據(jù)圖形。但也可以對非重復(fù)的信號(包括現(xiàn)場的串行數(shù)據(jù)流)進(jìn)行眼圖的測試和抖動測量。CIS時基的取樣脈沖與時鐘信號鎖相的，CIS時基的RMS抖動一般小于600fs，可選購的高穩(wěn)定時基則能提供小于200fs的RMS抖動。在CIS模式中，4M點(diǎn)基本存儲長度可以在長串行數(shù)據(jù)碼型上完成抖動成分的分解；存儲長度擴(kuò)展到512M點(diǎn)時，更能捕獲，顯示、測量近數(shù)百萬位的碼型。(東華)