Аппаратный анализ цепей во временной области

Рефлектометрия во временной области (РВО)

РВО – технология, позволяющая измерять импедансы в функции расстояния. Важные применения этого вида измерения – конструирование оснастки (обнаружение позиции отражения в оснастке и коэффициент отражения) и калибровочных эталонов в оснастке (определяется их качество). В частности, можно различать емкостные и индуктивные переходы, индицировать ЛП с импедансом, отличным от R₀. В пределах пространственного разрешения мы можем видеть отражения от разъемных запусков, независимо от отражений от калибровочных стандартов.

Используя стробирование во временной области, можно развязать различные части оснастки и видеть эффекты на этих частях в частотной области. Например, можно отдельно посмотреть на частотную зависимость коэффициента отражения от разъемного запуска без остальной части эталона.

Другое применение РВО – определение положений дефектов на коаксиальном кабеле (например, в сотовых и кабельно–телевизионных применениях): прецизионное определение положения кабельного дефекта, например, завитка, плохого соединения, к.з., х.х., т.е. чего-то такого, что приводит к отражению части сигнала.

Два вида анализа во временной области: физический, математический.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПОДРОБНОСТИ АНАЛИЗА ЦЕПЕЙ (по Балло)

Параметры отражения (илл. из Балло, с. 6, с. 8)

Параметры передачи (илл. Балло, с. 8)

Линейное или нелинейное поведение цепи (илл. Балло, с. 9)

Линейные искажения (илл. Балло, с. 9)

Вариации амплитуды с частотой (илл. Балло, с. 10)

Вариации фазы с частотой (илл. Балло, с. 10)

Отклонение от линейной фазы (илл. Балло, с. 11)

Групповая задержка (илл. Балло, с. 11)

Зачем измерять групповую задержку? (илл. Балло, с. 12)

Почему измеряется как отклонение от линейной фазы, так и групповая задержка? В зависимости от прибора оба могут быть важны. Установление размаха фазовых пульсаций не является достаточным для полной характеризации прибора, поскольку наклон фазовых пульсаций зависит от числа пульсаций на единицу частоты. Групповая задержка учитывает это, поскольку она дифференциальна к фазовому отклику. Групповая задержка часто более легко интерпретируемая характеристика фазовых искажений.

Картинки вверху показывают, что при том же размахе фазовых пульсаций можно получить существенно различные отклики групповых задержек. Отклик справа с большей вариацией групповой задержки означает большее искажение сигнала.

Измерение S-параметров (илл. Балло, с. 14)

Нелинейные искажения (насыщение, перекрестные искажения, интермодуляция, гистерезис, амплитудно-фазовая конверсия) (илл. Балло, с. 15)

Обобщенная блок-схема АЦ (илл. Балло, с. 17)

Источник зондирующих сигналов (см. выше)

Источник сигнала обеспечивает возбуждение нашей тестовой системы. Мы можем или качать частоту источника, или качать его уровень мощности. Традиционно анализатор цепей использует отдельный источник. Эти источники или основаны на ГУНе с открытой петлей обратной связи, что дешевле, или более дорогие синтезаторы частот, которые обеспечивают более высокое качество, особенно для измерения узкополосных устройств.

Интенсивный фазовый шум ГУНа с открытой петлей значительно деградирует точность измерения, когда тестируется узкополосная компонента при малой амплитуде качания частоты. Большинство анализаторов цепей фирмы НР, продаваемых сегодня, имеет интегрированный синтезированный источник.

Устройства разделения сигналов (дивайдеры и сплиттеры, делители и расщепители)

Оборудование разделения сигналов должно обеспечивать две функции. Первая, измерять часть падающего сигнала для получения опорной величины к рационированию (получению относительной величины). Это можно сделать расщепителем или направленным ответвителем. Расщепители обычно резистивны. Они не направленные приборы (подробнее о направленности далее) и могут быть очень широкополосны. Плата за это в том, что обычно они имеют 6 дБ или более потерь в каждой ветви. Направленные ответвители имеют очень низкие вносимые потери (по главной ветви) и хорошие развязку и направленность.

Вторая функция сигнально-разделительного оборудования, разделить падающую (вперед идущую) и отраженную (обратную) волны на входе тестируемого прибора. Снова, ответвители идеальны в том, что они направлены, имеют малые потери и высокую обратную развязку. Однако, из-за трудностей изготовления истинно широкополосных ответвителей, часто используются мосты. Более подробно об устройствах сигнального разделения в Приложении.

Приемники (широкополосные и узкополосные) (илл. Балло, с. 20, с. 21, с. 21)

Есть два основных пути обеспечения детектирования сигнала в анализаторах цепей. Диодное детектирование преобразует уровень радиочастотного сигнала в пропорциональный постоянный уровень. Если сигнал амплитудно модулирован, диод убирает радиочастотное заполнение из модуляции. Диодное детектирование по природе скалярно, так как фазовая информация радиочастотной несущей теряется.

Подстраиваемый приемник использует гетеродин для преобразования вниз на более низкую промежуточную частоту. Гетеродин замкнут или на радиочастотный, или на промежуточный сигнал, так что приемник анализатора цепей уже подстроен к радиочастотному сигналу, присутствующему на входе. Сигнал ПЧ пропускается через полосовой фильтр, который обужает полосу приемника и сильно улучшает чувствительность и динамический диапазон. Современные анализаторы используют аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифровую обработку сигнала (ЦОС) для выделения амплитудной и фазовой информации из сигнала ПЧ. Подход с подстраиваемым приемником можно использовать в скалярном или векторном анализаторе цепей.

Сравнение методов приема (илл. Балло, с. 22)