Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
§ 7.1. Многозондовый датчик для измерения комплексных сопротивлений1. Методы измерений. Общие соображения.При разработке и производстве модулей ОИС СВЧ возникает необходимость исследования электрических характеристик как модуля в целом, так и отдельных его элементов. Использование для таких исследований стандартной измерительной аппаратуры оказалось невозможным. Отсутствует также возможность измерения отдельных функциональных элементов устройства без разрушения самого устройства, а при измерении устройства в целом не удается реализовать требуемую точность измерений (по В этой связи представляет интерес метод измерений комплексных сопротивлений СВЧ микросхем, позволяющий избежать коаксиально-полосковых переходов на НПЛ [367]. Однако этот метод имеет ряд серьезных недостатков, ограничивающих область его применения: узкую полосу рабочих частот и невысокую точность измерений, обусловленные невозможностью точного учета изменений электрических длин между измерительными зондами при изменении частоты сигнала, резонансным характером связи измерительного зонда и исследуемой линии, использованием традиционной для многозондовых систем осциллографической индикации, дающей хорошую наглядность, но невысокую точность отсчета результатов измерений, существенное искажение истинной картины электромагнитного поля в исследуемой линии широкими измерительными зондами, выполненными на НПЛ. Известен также метод исследования структуры поля СВЧ микросхем с помощью фотоуправляемых полупроводниковых пластин [368]. Такой метод относится к неразрушающим, однако имеет существенный недостаток: необходимо иметь в исследуемых ЛП большие мощности (порядка сотен ватт), что для измерительной техники нецелесообразно. Учитывая, однако, что в настоящий момент большинство научно-исследовательских организаций располагает значительным парком вполне современного и качественного измерительного оборудования и проводит успешные исследования по использованию его в комплексе с малыми ЭВМ [368, 369], цена которых постепенно снижается, выгодно использовать более перспективный многозондовый метод. В данном параграфе рассматриваются зонды на СЩЛ, которые вполне отвечают требованиям электромагнитной совместимости с НПЛ. Использование СЩЛ в многозондовом методе позволяет при значительном упрощении конструкции измерительного датчика получить достаточно широкую полосу рабочих частот (более октавы) при одновременном увеличении точности измерений. Такой подход дает возможность при минимальных экономических затратах уже сейчас значительно повысить точность и комплексно автоматизировать многие виды измерений СВЧ схем.
Рис. 7.1. Датчик для измерения полных комплексных сопротивлений Необходимо также отметить, что рассматриваемая конструкция измерительного датчика может быть использована в составе измерительного прибора со встроенным специализированным процессором, создание которого является одной из основных тенденций развития измерительной техники. 2. Конструкция измерительного датчика комплексных сопротивлений ИС СВЧ.Основы датчика (рис. 7.1) составляют: диэлектрическая подложка датчик изготавливается из материала той же толщины Особенности работы измерительного датчика состоят в следующем. Отрезок В СЩЛ ответвляется небольшая часть мощности, распространяющейся по НПЛ. Поперечное магнитное поле НПЛ совпадает по направлению с магнитным полем СЩЛ, причем амплитуда сигнала, распространяющегося по СЩЛ, пропорциональна суммарной амплитуде падающей и отраженной от исследуемой нагрузки волны в соответствующей точке НПЛ. Коэффициент связи между НПЛ и СЩЛ зависит от расстояния
Рис. 7.2. Частотная зависимость коэффициента связи от поперечных размеров Расчет коэффициента связи СЩЛ с НПЛ осуществляется с помощью выражения (2.3.1), которое позволяет по заданному коэффициенту связи определить геометрию расположения зондов. На рис. 7.2 приведены экспериментальные и расчетные зависимости ширины СЩЛ от частоты и коэффициента связи. Видно, что при уменьшении поперечных размеров СЩЛ снижается частотная зависимость зонда, что указывает на возможность увеличения точности измерения в широком частотном диапазоне из-за локализации геометрии измерительного датчика практически в точку. 3. Метод измерения. Погрешности.После квадратичного детектирования сигналов, снимаемых с зондов
где
Допуская, что
Решая систему уравнений
По найденным
где Однако высказанное выше допущение об идентичности всех параметров измерительных зондов и характеристик детекторов реализовать очень сложно. Если технологически выполнить четыре одинаковых зонда не представляет больших сложностей, то подобрать четыре детектора с одинаковыми характеристиками практически невозможно. Если даже перед измерением выровнять характеристики детекторов по чувствительности (например, с помощью входных потенциометров усилителей), то и в этом случае не удается добиться желаемых результатов из-за нестабильности характеристик детекторов во времени, различных частотных и вольт-амперных характеристик. Поэтому в измерительном датчике используется один детектор, который последовательно переключается с одного зонда на другой с помощью Применение переключателя на При необходимости Получения большой развязки при минимальном числе Применение переключателя исключает проблему подбора идентичных по характеристикам детекторов, что существенно повышает точность датчика. Анализ погрешностей метода проводился по формулам (3), (4) и (6); при этом конечное приращение заменялось полным дифференциалом. Для погрешности модуля коэффициента отражения
где Первое слагаемое в формуле (7) определяет погрешность модуля коэффициента отражения, обусловленную конечной шириной зонда Частота генератора может быть определена только с какой-то погрешностью Третье слагаемое формулы (7) — это погрешность, обусловленная разным расстоянием между зондами Таким образом, определяющими в (7) являются второе и третье слагаемые, а их суммарная погрешность не превышает 4% в октавном диапазоне частот. Помимо погрешностей, указанных в (7), имеются также следующие погрешности: погрешность, обусловленная взаимным влиянием зопдов, определяется тем, что зонды, расположенные на расстоянии погрешность из-за неидентичности зондов, которая намного меньше погрешностей, даваемых (7), но о которой необходимо знать, определяется следующими причинами. Во-первых, неодинаковым в силу технологической погрешности изготовления расстоянием погрешность из-за переключателя на Поскольку датчик ориентирован на цифровую обработку сигнала, две последние погрешности в модуле коэффициента отражения могут быть легко определены при калибровке датчика и учтены при измерениях. Для фазы и
В диапазоне частот Таким образом, анализ теоретического значения погрешностей показывает высокую точность датчика в октавном диапазоне частот. 4. Экспериментальные исследования измерительного датчика.Для определения влияния СЩЛ на НПЛ, коэффициента связи НПЛ и СЩЛ исследовался переключатель на Эксперименты проводились в диапазоне частот При исследовании влияния СЩЛ на НПЛ было получено, что Результаты исследования коэффициента связи НПЛ и СЩЛ от расстояния При исследовании переключателя было получено, что развязка между зондами Теоретические значения погрешностей, определяемые согласно
|
1 |
Оглавление
|