PCB設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) - 利用S參數(shù)對(duì)RF開(kāi)關(guān)模型進(jìn)行高頻驗(yàn)證

　　PCB設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

　　為了正確校準(zhǔn)VNA，適當(dāng)?shù)腜CB設(shè)計(jì)至關(guān)重要。TRL等技術(shù)可以補(bǔ)償PCB設(shè)計(jì)的誤差，但無(wú)法完全消除誤差。例如，設(shè)計(jì)采用TRL校準(zhǔn)的PCB時(shí)，S21（如RF繼電器的插入損耗等）的值必須很低，為了精確測(cè)量S參數(shù)，需要考慮透射標(biāo)準(zhǔn)的回?fù)p（S11， S22）回?fù)p是指阻抗不匹配導(dǎo)致反射回信號(hào)源的輸入功率。無(wú)論P(yáng)CB走線(xiàn)的設(shè)計(jì)多么好，總是存在一定程度的不匹配。大多數(shù)PCB制造商只能保證?5%的阻抗匹配精度，甚至達(dá)到這一精度也是勉為其難。這種回?fù)p會(huì)導(dǎo)致VNA指示的插入損耗大于實(shí)際存在的插入損耗，因?yàn)閂NA“認(rèn)為”它向DUT發(fā)送了比實(shí)際發(fā)送量更大的功率。

　　隨著要求的插入損耗水平的降低，將有必要減少透射標(biāo)準(zhǔn)貢獻(xiàn)給校準(zhǔn)的回?fù)p量。而測(cè)量頻率越高，就越難以做到這一點(diǎn)。

　　要減少TRL設(shè)計(jì)的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的回?fù)p，有幾點(diǎn)需要特別注意。首先，傳輸線(xiàn)路設(shè)計(jì)非常重要，需要與PCB制造商密切協(xié)調(diào)，確保使用正確的設(shè)計(jì)、材料和工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的阻抗與頻率曲線(xiàn)。連接器件的選擇至關(guān)重要，必須能夠在相關(guān)范圍內(nèi)滿(mǎn)意地工作。選定連接器件后，還有必要確保連接器與PCB之間的結(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)良好，如若不然，它可能會(huì)破壞同軸電纜與PCB傳輸線(xiàn)路之間所需的50 Ω阻抗，導(dǎo)致系統(tǒng)回?fù)p增大。許多連接器制造商都會(huì)提供高頻連接器的正確布局布線(xiàn)圖紙，以及預(yù)設(shè)計(jì)的傳輸線(xiàn)路設(shè)計(jì)和PCB堆疊。找到一家能按此設(shè)計(jì)生產(chǎn)的PCB制造商可以大大簡(jiǎn)化PCB設(shè)計(jì)工作。

　　其次需要考慮PCB的裝配連接器與PCB傳輸線(xiàn)路之間的結(jié)點(diǎn)至關(guān)重要，因此連接器的焊接會(huì)對(duì)過(guò)渡產(chǎn)生重大影響。連接不良或未對(duì)齊的連接器會(huì)破壞電感和電容之間的微妙平衡，從而影響結(jié)點(diǎn)的阻抗。圖5是一個(gè)焊接不良的連接器結(jié)點(diǎn)示例。

　　圖5. 連接不良的SMA

　　如果設(shè)計(jì)程序沒(méi)有考慮阻焊膜涂層的介電常數(shù)，則它也可能會(huì)對(duì)傳輸線(xiàn)路的阻抗產(chǎn)生不利影響。在低頻PCB中，這不是一個(gè)大問(wèn)題，但隨著頻率提高，阻焊膜可能會(huì)帶來(lái)麻煩。

　　為了確保透射走線(xiàn)的回?fù)p是可接受的，有必要利用VNA測(cè)量回?fù)p。因?yàn)橄到y(tǒng)的參考平面是從連接器到連接器，所以SOLT校準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)足以測(cè)量透射走線(xiàn)。一旦確定透射走線(xiàn)的回?fù)p性能，就可以通過(guò)在走線(xiàn)上執(zhí)行TDR來(lái)監(jiān)視缺陷。TDR會(huì)顯示系統(tǒng)與目標(biāo)阻抗偏差最大的區(qū)域。

　　在TDR曲線(xiàn)上，應(yīng)當(dāng)可以標(biāo)出系統(tǒng)中對(duì)偏差貢獻(xiàn)最大的具體部分。圖6所示為一條傳輸線(xiàn)路走線(xiàn)及其對(duì)應(yīng)的TDR曲線(xiàn)?？梢栽赥DR曲線(xiàn)上定位某些部分的阻抗，從而明白哪些部分造成了最大的回?fù)p。從圖中可以看出，SMA與傳輸線(xiàn)路之間的結(jié)點(diǎn)偏離50 Ω，并且傳輸線(xiàn)路本身的阻抗也不是很接近50 Ω。為了改善該P(yáng)CB的性能，需要采取上面所說(shuō)的一些措施。

　　圖6. PCB與TDR曲線(xiàn)

　　使用S參數(shù)

　　在某一頻率范圍內(nèi)表征一個(gè)DUT時(shí)，S參數(shù)可以提供許多好處。除了顯示某一頻率時(shí)的增益、損耗或阻抗匹配以外，還可以用Y參數(shù)（導(dǎo)納參數(shù)）等其它形式替換S參數(shù)，以便計(jì)算電容等物理參數(shù)。Y參數(shù)與S參數(shù)的唯一區(qū)別在于：前者是在目標(biāo)引腳短路（0 Ω）情況下導(dǎo)出的（公式5到8），而后者則是在匹配50 Ω端接阻抗情況下導(dǎo)出的?？梢詫?duì)Y參數(shù)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，但它比S參數(shù)更難以記錄，因?yàn)樵趯掝l率范圍內(nèi)造成真正的短路非常困難。由于寬帶50 Ω匹配更容易做到，因此更好的方法是記錄S參數(shù)，然后將S參數(shù)轉(zhuǎn)換成Y參數(shù)。大部分現(xiàn)代RF軟件包都可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。