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 à a0 1 e11 à (1) Äåéñò âèò åëüí û é êî ýô ô èöèí åò î ò ðàæ åí èÿ : à 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 Ã1e Ã Ì 1 e00 Ã2 ÃÌ 2e11 Ã1e ÃÌ 2 e à à e à e à 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!
