ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ КОНРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ КВЧ МОДУЛЕЙ

advertisement
РАЗРАБОТКА МЕТОДИК
КАЛИБРОВКИ И ВЫПОЛНЕНИЯ
ИЗМЕРЕНИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО
СТЕНДА КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ
КВЧ МОДУЛЕЙ
Научный руководитель:
доцент, кандидат
технических наук
Ревин Валерий Тихонович
Магистрант:
Муравьёв Олег Александрович
Актуальность темы
Динамика объема продаж интегральных
микросхем на мировом рынке
Цель работы
 Развитие
теории и разработка основ
реализации измерительных систем
для
проведения
измерений
параметров интегральных схем в
диапазоне крайне высоких частот.
Объект и предмет исследования
Объект исследования:
методология и практика исследования
измерительных систем для контроля
параметров КВЧ модулей.

Предмет исследования:
объекты, средства и процессы контроля
параметров КВЧ модулей.

Задачи исследования
Разработка измерительной системы
для определения амплитудных и
фазовых характеристик КВЧ модулей;
 построение математических моделей
выполнения измерений;
 проведение
имитационного
моделирования;
 разработка
методик
выполнения
измерений и калибровки.

Структурная схема измерительного стенда
Генератор
сигналов
Умножитель
частоты
Усилитель
Устройство
p-i-n
позиционирования
аттенюатор
Измерительный
тракт СВЧ
Uпад
Uотр
Преобразователь
частоты
Устройство
зондирования
Гетеордин
Измерительный
тракт СВЧ
Uпрош
Преобразователь частоты
Преобразователь
амплитуды и фазы
К гетеродину
Устройство
сбора данных
ЭВМ
Структурная схема СВЧ измерительного тракта
от
генератора НО
Устройство
контактирования
Зондовая
Зондовая
головка
головка
СН
Объект
измерения
Делитель
мощности
Смеситель
Шина ЭВМ
Синтезатор
частоты
Преобразователь
амплитуды и фазы
к АЦП
НО
СН
СН
Смеситель
Алгоритм функционирования стенда
Программное обеспечение LabView 8.5
Устройство сбора данных NI PCI 6251
Установка частоты сигнала ГКЧ и
гетеродина для данной частотной
точки
Установка параметров измерения
(Частотный диапазон, шаг, режим)
Расчет частоты текущей точки
Установка ослабления p-i-n
аттенюатора
Считывание из файла
параметров p-i-n аттенюатора для
установленной частоты
Аналого-цифровое
преобразование напряжений,
поступающих с преобразователя
амплитуды и фазы
Считывание напряжений
пропорциональных уровню
сигнала и фазовому сдвигу
Фильтрация и статистическая
обработка полученных сигналов
Нет
Создание
калибровочного
файла
Учет
калибровочных
характеристик
Последняя частотная
точка?
Да
Индикация
результата
измерения
Сохранение
результата
измерения
Режим
«Измерение»
Режим
«Калибровка»
Расчет уровня сигнала и
фазового сдвига в соответствии с
градуировочной характеристикой
преобразователя амплитуды и
фазового сдвига
Синтезатор частоты
Устройство позиционирования и
контактирования
AD8302
+
Uа
Сумматор
∑
Логарифмический
усилитель
Uа
Ub
–
Фазовый
детектор
Ub
φ
Логарифмический
усилитель
Преобразователь амплитуды и
фазового сдвига
Многофункциональная плата
сбора данных NI PCI-6251
Внешний вид графического интерфейса
Изображение, получаемое с микроскопа
Модель измерения четырехполюсника
a1
сигнал, падающий на порт 1
S11
b1
сигнал, отраженный от порта 1
S21
a2
сигнал, падающий на порт 2
S12
b2
as
сигнал, прошедший на порт 2
сигнал с порта источника
S22
Mх
a0
измеренная падающая волна
Nх
b0
b3
измеренная отраженная волна
измеренная прошедшая волна
Ax
Lх
коэффициент отражения порта 1
коэффициент передачи в прямом
направлении
коэффициент передачи в обратном
направлении
коэффициент отражения порта 2
рассогласования
воздействие шумов на результат
измерений
влияние нелинейности устройств
потери в трактах
Структурная схема измерения четырехполюсника в прямом и
обратном направлениях передачи сигнала
НО
ГКЧ
НО
a0
a1
b0
СН
Модель для прямой
передачи сигнала
СН
a0 b0
Идеальный
рефлектометр
СН
НО
a3
b1
Адаптер
погрешностей
для прямой
передачи
сигнала
b3
СН
b3
СН
НО
Шесть составляющих
погрешности
a`1
b`1
b`0
b`0
Модель для обратной
передачи сигнала
Идеальный
рефлектометр
НО
ГКЧ
НО
a`3
b`3
СН
a`3 b`3
СН
a2
b2
a`0
СН
ИО
[S]
Адаптер
погрешностей
для обратной
передачи
сигнала
ИО
[S]
a`2
b`2
Шесть составляющих
погрешности
Ориентированный граф измерения четырехполюсника
для прямой передачи сигнала
Алгоритм выполнения калибровки
Выражения для расчета коэффициентов отражения и передачи
'
'
 S11M  e00    S22 M  e33
 ' 
 S21M  e30  S12 M  e03

1

e

e

 
 22  22 


'
'
'
'
e
e
e
e
e
e
e
e
10
01
23
32
10
32
23
01

 
 



S11 
D
'
'
 S22 M  e33
   S11M  e00   '  S21M  e30  S12 M  e03

1

e

e

 
 11  11 


'
'
'
'
e
e
e
e
e
e
e
e
23 32
23 01

   10 01  
 10 32 

S22 
D
'

 S12 M  e03
   S11M  e00 
'

 1  
 (e11  e11 ) 
'
'
 e23e01    e10e01 

S12 
D
'

 S21M  e30    S22 M  e33
 '

 1  
 (e22  e22 ) 
'
'
 e10e32    e23e32 

S21 
D
'
'
  S22 M  e33
 '    S11M  e00    S21M  e30  S12 M  e03

'
D  1  
 e22  1  
 e11   

 e22e11
'
'
'
'
  e23e32     e10e01    e10e32  e23e01 
Алгоритм выполнения калибровки
Калибровка порта 1:
È çì åðåí í û é êî ýô ô èöèåí ò î ò ðàæ åí èÿ :
Ãì 
b0 e00   e Ã

a0
1  e11 Ã
(1)
Äåéñò âèò åëüí û é êî ýô ô èöèí åò î ò ðàæ åí èÿ :
Ã
ÃÌ  e00
ÃÌ e11   e
(2)
Ñèñò åì à óðàâí åí èé äëÿ èçì åðåí èÿ ò ðåõ í àãðóçî ê
ñ èçâåñò í û ì êî ýô ô èöèåí ò î ì î ò ðàæ åèí ÿ :
e00  Ã1  ÃÌ 1e11  Ã1e  Ã Ì 1

e00  Ã2  ÃÌ 2e11  Ã1e  ÃÌ 2
e  Ã  Ã e  Ã e  Ã
3
Ì 3 11
1
Ì 3
 00
Результат операции: определение параметров: e00 , e10e01 , e11
Алгоритм выполнения калибровки
Определение коэффициента утечки с порта 1 на порт 2
Подключение согласованной нагрузки к портам 1 и 2
Результат операции: измерение S21М непосредственно дает
значение e30
Алгоритм выполнения калибровки
Определение коэффициента рассогласования порта 2 с портом 1
калиброванного рефлектометра:
Подключение лини с нулевой электрической длиной
Расчет значений e22 , e10e32 :
S11M  e00
e22 
S11M e11  e
(1)
e10e32  ( S21M  e30 )(1  e11e22 )
(2)
Результат операции: определение параметров
e22 , e10e32
Алгоритм выполнения калибровки
Выражения для расчета коэффициентов отражения и передачи
'
'
 S11M  e00    S22 M  e33
 ' 
 S21M  e30  S12 M  e03

1

e

e

 
 22  22 


'
'
'
'
e
e
e
e
e
e
e
e
10
01
23
32
10
32
23
01

 
 



S11 
D
'
'
 S22 M  e33
   S11M  e00   '  S21M  e30  S12 M  e03

1

e

e

 
 11  11 


'
'
'
'
e
e
e
e
e
e
e
e
23 32
23 01

   10 01  
 10 32 

S22 
D
'

 S12 M  e03
   S11M  e00 
'

 1  
 (e11  e11 ) 
'
'
 e23e01    e10e01 

S12 
D
'

 S21M  e30    S22 M  e33
 '

 1  
 (e22  e22 ) 
'
'
 e10e32    e23e32 

S21 
D
'
'
  S22 M  e33
 '    S11M  e00    S21M  e30  S12 M  e03

'
D  1  
 e22  1  
 e11   

 e22e11
'
'
'
'
  e23e32     e10e01    e10e32  e23e01 
Математические модели измерений
Измеряемый
параметр
Ослабление
Математическая модель
Фазовый сдвиг
φх = φи + Δφх + Δφд
КСВН
Ах = Аи + ΔАх + ΔАд
Кcmu = (Кcmu)И∙(1+δКcmu) + (ΔКcmu)Д
Аи – показание измерительного
стенда
в
режиме
измерения
ослабления, дБ;
ΔАх
–
основная
погрешность
измерительного стенда в режиме
измерения ослабления, дБ;
ΔАд – погрешность дискретизации
измерительного стенда в режиме
измерения ослабления, дБ.
φи – показание измерительного
стенда
в
режиме
измерения
фазового сдвига, град;
Δφх
–
основная
погрешность
измерительного стенда в режиме
измерения фазового сдвига, град;
Δφд – погрешность дискретизации
измерительного стенда в режиме
измерения фазового сдвига, град.
δКcmu – основная относительная погрешность измерительного стенда в режиме
измерения КСВН;
(ΔКcmu)Д – абсолютная погрешность дискретизации измерительного стенда в
режиме измерения КСВН.
Методика выполнения измерений
Форма представления результатов измерений
Результат измерения ослабления:
АХ  АХ  U AХ (k  2,0; P  95%).
Результат измерения фазового сдвига:
 Х   Х  U (k  2,0; P  95%).
Х
Результат измерения КСВН:
K cmu  K cmu  U Kcmu (k  2,0; P  95%).
Внешний вид измерительного стенда
Спасибо за внимание!
Download
Random flashcards
Radiobiology

39 Cards

Radioactivity

30 Cards

Nomads

17 Cards

Create flashcards