DE102008027033B4 - Measuring method and measuring device for determining parameters at the operating point - Google Patents
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Abstract
Messverfahren zur Messung von Streuparametern eines Messobjekts (42),
wobei Wellengrößen (a1,F, a2,F, a1,FR, a2,FR) hinlaufender Wellen und Wellengrößen (b1,F, b2,F, b1,FR, b2,FR) rücklaufender Wellen an einem ersten Messtor (40, T1) und an einem zweiten Messtor (41, T2) gemessen werden,
wobei die folgenden Schritte ausgeführt werden:
– Einspeisen eines ersten Messsignals in das erste Messtor (40, T1), Messen der Wellengrößen der hinlaufenden (a1,F, a2,F) Wellen, und Messen der Wellengrößen (b1,F, b2,F) der rücklaufenden Wellen;
– Einspeisen eines zweiten Messsignals in das zweite Messtor (41, T2), während das erste Messsignal in das erste Messtor (40, T1) eingespeist wird, Messen der Wellengrößen (a1,FR, a2,FR) der hinlaufenden Wellen, und Messen der Wellengrößen (b1,FR, b2,FR) der rücklaufenden Wellen;
– Bestimmen von korrigierten Wellengrößen anhand einer Korrekturrechnung;
– Bestimmen von Streuparametern des Messobjekts (42) aus den korrigierten Wellengrößen;
dadurch gekennzeichnet,
dass vor der Korrekturrechnung die Differenzen der gemessenen...Measuring method for measuring scattering parameters of a test object (42),
wave quantities (a 1, F , a 2, F , a 1, FR , a 2, FR ) of traveling waves and wave quantities (b 1, F , b 2, F , b 1, FR , b 2, FR ) of returning waves measured at a first measuring port (40, T1) and at a second measuring port (41, T2),
where the following steps are performed:
- feeding a first measurement signal into the first measurement port (40, T1), measuring the wave quantities of the outgoing (a 1, F , a 2, F ) waves, and measuring the wave quantities (b 1, F , b 2, F ) of the returning ones Waves;
- feeding a second measurement signal into the second measurement port (41, T2) while the first measurement signal is fed to the first measurement port (40, T1), measuring the wave quantities (a 1, FR , a 2, FR ) of the traveling waves, and Measuring the wave quantities (b 1, FR , b 2, FR ) of the returning waves;
- determining corrected wave quantities by means of a correction calculation;
- determining scattering parameters of the measurement object (42) from the corrected wave quantities;
characterized,
that before the correction calculation the differences of the measured ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Messverfahren und eine Messvorrichtung zur Bestimmung der Parameter von Messobjekten, insbesondere der S-Parameter im Arbeitspunkt.The The invention relates to a measuring method and a measuring device for Determination of the parameters of DUTs, in particular the S-parameters at the working point.
Herkömmlich wird zur vollständigen Vermessung von Messobjekten eine getrennte Vorwärts- und Rückwärtsmessung durchgeführt. Während jeder dieser beiden Messungen wird in ein Messtor des Messobjekts ein Signal eingespeist, während die übrigen Messtore ohne Signal verbleiben. Eine Vermessung im Arbeitspunkt ist so jedoch nicht gewährleistet. Darüber hinaus erfordert dies üblicherweise eine vorherige Kalibrierung mit Kalibrierstandards und benötigt eine mindestens doppelt so lange Messdauer wie eine rein unidirektionale Messung.Conventionally to the full Measurement of DUTs performed a separate forward and backward measurement. While everyone These two measurements are entered into a measuring port of the test object Signal fed while the remaining Test gates remain without signal. A measurement in the working point However, this is not guaranteed. About that in addition, this usually requires a prior calibration with calibration standards and requires one at least twice as long as a unidirectional one Measurement.
Die
deutsche Offenlegungsschrift
Die
deutsche Offenlegungsschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche eine Messung der Parameter von Messobjekten im Arbeitspunkt ermöglichen und lediglich einen geringen Aufwand erfordern.Of the The invention is based on the object, a method and a device to create a measurement of the parameters of DUTs at the working point and only require a small effort.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Verfahren durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 und für die Vorrichtung durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.The Task is according to the invention for the process by the characteristics of the independent Claim 1 and for the device is achieved by the features of independent claim 8. advantageous Further developments are the subject of the dependent claims.
Eine Messvorrichtung zur Messung von Streuparametern eines Messobjekts verfügt über zumindest eine Verarbeitungs-Einrichtung, eine Sende-Einrichtung und eine Empfangs-Einrichtung. Die Messvorrichtung misst die Wellengrößen der hinlaufenden Wellen und die Wellengrößen der rücklaufenden Wellen an einem ersten Messtor und an einem zweiten Messtor. Sie führt die folgenden Schritte aus:
- – Einspeisung eines ersten Messsignals in das erste Messtor durch die Sende-Einrichtung, und Messung der Wellengrößen der hinlaufenden und rücklaufenden Wellen durch die Empfangs-Einrichtung.
- – Einspeisung eines zweiten Messsignals in das zweite Messtor durch die Sende-Einrichtung, während das erste Messsignal in das erste Messtor eingespeist wird und Messung der Wellengrößen der hinlaufenden und rücklaufenden Wellen durch die Empfangs-Einrichtung.
- – Bestimmung von korrigierten Wellengrößen anhand einer Korrekturrechnung durch die Verarbeitungs-Einrichtung, z. B. als 12-Term oder 10-Term Korrekturrechnung.
- – Bestimmung von Streuparametern des Messobjekts aus den korrigierten Wellengrößen durch die Verarbeitungs-Einrichtung.
- – Bildung der Differenzen der gemessenen Wellengrößen durch die Verarbeitungs-Einrichtung vor Durchführung der Korrekturrechnung und Durchführung der Korrekturrechnung auf Basis dieser Differenzen. So ist eine Vermessung des Messobjekts im Arbeitspunkt auch bei Rückwärtsmessung möglich.
- - Feeding of a first measurement signal in the first measuring port by the transmitting device, and measuring the wave sizes of the running and returning waves by the receiving device.
- Feeding the second measuring signal into the second measuring port by the transmitting device while the first measuring signal is fed into the first measuring port and measuring the wave quantities of the traveling and returning waves by the receiving device.
- Determination of corrected wave quantities based on a correction calculation by the processing device, e.g. As a 12-term or 10-term correction calculation.
- - Determination of scattering parameters of the measurement object from the corrected wave sizes by the processing device.
- - Formation of the differences of the measured wave quantities by the processing device before performing the correction calculation and performing the correction calculation on the basis of these differences. Thus, a measurement of the DUT at the operating point is also possible with backward measurement.
Die Amplitude des zweiten Messsignals ist vorteilhafterweise geringer als die Amplitude, besonders vorteilhafterweise geringer als ein Fünftel der Amplitude, besonders vorteilhafterweise ein Zehntel der Amplitude des ersten Messsignals. So werden Beschädigungen des Messobjekts oder eine Verfälschung der Messung durch hohe Pegel des Messsignals bei Rückwärtsmessung vermieden.The Amplitude of the second measurement signal is advantageously lower as the amplitude, more advantageously less than one fifth the amplitude, particularly advantageously one tenth of the amplitude of the first measurement signal. Damage to the test object or a falsification the measurement by high levels of the measurement signal in reverse measurement avoided.
Der Zeitraum der gemeinsamen Einspeisung des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals ist bevorzugt kürzer als der Zeitraum der alleinigen Einspeisung des ersten Messsignals, besonders bevorzugt kürzer als ein Fünftel der alleinigen Einspeisung des ersten Messsignals. Dies führt zu einer geringen Messzeit bei hoher Messgenauigkeit.Of the Period of common feed of the first measurement signal and the second measuring signal is preferably shorter than the period of the sole Infeed of the first measurement signal, particularly preferably shorter than a fifth the sole supply of the first measurement signal. This leads to a short measuring time with high measuring accuracy.
Die Messvorrichtung betreibt das Messobjekt bevorzugt durch die Einspeisung des ersten Messsignals in seinem Arbeitspunkt. Sie speist das zweite Messsignal bevorzugt dergestalt ein, dass das Messobjekt weiterhin weitgehend in seinem Arbeitspunkt betrieben wird. So wird der Arbeitspunkt des Messobjekts auch bei der Rückwärtsmessung nicht verfälscht.The measuring device preferably operates the measurement object by feeding in the first measurement signal at its operating point. It preferably feeds the second measurement signal in such a way that the measurement object continues to operate largely at its operating point. Thus, the operating point of the measuring object is not distorted even during the backward measurement.
Vorteilhafterweise erzeugt die Sende-Einrichtung das erste Messsignal und das zweite Messsignal mit weitgehend identischer Frequenz und weitgehend identischer Phase. Die Verarbeitungs-Einrichtung kompensiert bevorzugt abweichende Frequenzen und Phasen mittels einer Korrekturrechnung. So ist eine phasensynchrone Messung und damit eine hohe Messgenauigkeit möglich.advantageously, the transmitting device generates the first measuring signal and the second Measuring signal with largely identical frequency and largely identical Phase. The processing device preferably compensates for deviations Frequencies and phases by means of a correction calculation. That's one phase-synchronous measurement and thus a high measurement accuracy possible.
Bevorzugt ist die Messvorrichtung ein Netzwerkanalysator. Er wird bevorzugt vor Durchführung der Messungen mittels eines 12-Term-Verfahrens oder eines 10-Term-Verfahrens unter Einsatz von Kalibrierstandards kalibriert. So ist eine sehr genaue Messung möglich.Prefers the measuring device is a network analyzer. He is preferred before implementation the measurements by means of a 12-term method or a 10-term method calibrated using calibration standards. That's a lot accurate measurement possible.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird der Netzwerkanalysator vor Durchführung der Messungen nicht unter Einsatz von Kalibrierstandards kalibriert. Er wird dann mittels im Herstellungsprozess ermittelter Korrekturkoeffizienten und im Laufe der Messung ermittelter Wellengrößen kalibriert. So ist eine genaue Messung ohne Kalibrieraufwand für den Benutzer möglich.at another embodiment the network analyzer will not go down before performing the measurements Calibrated use of calibration standards. He is then using correction coefficients determined in the manufacturing process and Calibrated during the measurement of determined wave sizes. That's one accurate measurement without calibration effort for the user possible.
Die Sende-Einrichtung enthält bevorzugt nur einen Signal-Generator. Er erzeugt die zwei Messsignale. Die Sende-Einrichtung enthält bevorzugt zumindest ein Dämpfungsglied. Es stellt die Amplitude zumindest eines der beiden Messsignale ein. So ist ein Aufbau mit nur sehr wenigen Komponenten möglich. Auf einen aufwendigen zweiten Signal-Generator kann verzichtet werden.The Transmitter contains prefers only one signal generator. It generates the two measuring signals. The transmitting device preferably contains at least one Attenuator. It adjusts the amplitude of at least one of the two measurement signals. So a construction with only a few components is possible. On a complex second signal generator can be dispensed with.
Der Netzwerkanalysator verfügt bevorzugt über zumindest 4 Empfänger. So ist eine schnelle und zuverlässige Messung möglich.Of the Network analyzer features preferably over at least 4 recipients. So is a fast and reliable Measurement possible.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, beispielhaft beschrieben. In der Zeichnung zeigen:following the invention with reference to the drawing, in which an advantageous Embodiment of Invention is described by way of example. In the drawing demonstrate:
Zunächst wird
anhand der
Dargestellt ist ferner das Ausführungsbeispiel eines 2-Tor-Netzwerkanalysators.shown is also the embodiment a 2-port network analyzer.
An
jedem Tor T1, T2 der Messvorrichtung
Im
dargestellten Anwendungsfall ist das Messobjekt
Der
Signalgenerator
Der
gleiche Oszillator
Das
von den Mischern
Über die
weitere Steuerleitung
Weitere
Steuerleitungen zur Einstellung der Verstärkungsfaktoren der Verstärker in
den Anregungs-/Empfangseinheiten
Die
Steuerleitungen
Üblicherweise
werden bei Netzwerkanalysatoren mit lediglich je einem Sendeoszillator
und einem Lokaloszillator nacheinander Vorwärtsmessungen und Rückwärtsmessungen
bei Vertauschung der Anschlüsse durchgeführt. Erfindungsgemäß wird stattdessen
jedoch nach einer einzelnen Vorwärtsmessung
eine gleichzeitige Vorwärtsmessung
und Rückwärtsmessung
durchgeführt.
Bei der einzelnen Vorwärtsmessung
wird die Signal-Teilungs-Einrichtung
In
Die
Verarbeitungs-Einrichtung
Die
Sende-Einrichtung
Die
Empfangs-Einrichtung
Der
genaue Ablauf einer Messung wird später anhand der
In
Die
Wellengrößen der
alleinigen Vorwärtsmessung
und der kombinierten Messung werden an die Verarbeitungs-Einrichtung
Der
genaue Ablauf der Messung und Korrekturrechnung wird im Folgenden
anhand von
In
einem zweiten Schritt
In
einem dritten Schritt
Dabei sind die Größen a1,F, a2,F die Wellengrößen der hinlaufenden, b1,F, b2,F die Wellengrößen der rücklaufenden Wellen bei reiner Vorwärtsmessung und die Größen a1,FR, a2,FR die Wellengrößen der hinlaufenden und die Größen b1,FR, b2,FR die Wellengrößen der rücklaufenden Wellen bei kombinierter Vorwärtsmessung und Rückwärtsmessung. Die Größen a1,corr, a2,corr, b1,corr, b2,corr sind die Differenzen der gemessenen Wellengrößen.The quantities a 1, F , a 2, F are the wave sizes of the trailing, b 1, F , b 2, F the wave sizes of the returning waves in pure forward measurement and the quantities a 1, FR , a 2, FR the wave sizes of going and the sizes b 1, FR , b 2, FR the wave sizes of the returning waves in combined forward measurement and backward measurement. The quantities a 1, corr , a 2, corr , b 1, corr , b 2, corr are the differences of the measured wave quantities.
In
einem vierten Schritt
Aus
diesen korrigierten Wellengrößen a22,corr, b22,corr,
a21,corr, b21,corr,
a11,corr, b11,corr,
a12,corr, b12,corr werden
in einem fünften
Schritt
Im Folgenden werden zwei Anwendungsmöglichkeiten des dargestellten Verfahrens gezeigt.in the Following are two possible uses of the illustrated Shown method.
1. Hot-S-Parametermessung1. Hot S parameter measurement
Wie bereits angedeutet ist es mit Hilfe dieses Verfahrens möglich, Messobjekte im Arbeitspunkt zu vermessen. Durch die geringe Sendeleistung des zur Rückwärtsmessung genutzten Signals wird einerseits der Arbeitspunkt nicht verfälscht, andererseits wird eine Verfälschung der Ergebnisse durch eine zu hohe Signalbeaufschlagung des Messtors, welches üblicherweise nicht zur Annahme von Signalen vorgesehen ist, vermieden. Auch eine Beschädigung des Messobjekts durch eine zu hohe Eingangsleistung am zweiten Messtor wird so vermieden. Voraussetzung dieses Verfahrens ist jedoch eine vorausgehende Ermittlung der Fehlerparameter des Messaufbaus, also des Messgeräts und sämtlicher Verbindungsmittel zum Messobjekt. Diese Fehlerparameter werden in Fehlermatrizen gespeichert und zur Korrektur der Messergebnisse herangezogen. Diese Kalibrierung bedingt den sequentiellen Anschluss mehrerer Kalibrierstandards an die Messtore des Messgeräts und verursacht damit einen nennenswerten Aufwand. Dieser Aufwand kann durch automatischen Anschluss der Kalibrierstandards reduziert werden.As already indicated, it is possible with the aid of this method to measure measured objects at the operating point. Due to the low transmission power of the signal used for the backward measurement of the operating point is not falsified on the one hand, on the other hand, a falsification of the results by an excessive signal Actuation of the measuring gate, which is not usually provided for the acceptance of signals, avoided. Also, damage to the test object due to excessive input power at the second test port is thus avoided. However, a prerequisite of this method is a preliminary determination of the error parameters of the measurement setup, ie of the measuring device and all connection means to the measurement object. These error parameters are stored in error matrices and used to correct the measurement results. This calibration requires the sequential connection of several calibration standards to the measuring device's measuring ports, causing considerable expense. This effort can be reduced by automatically connecting the calibration standards.
2. Automatische Kalibrierung2. Automatic calibration
Auf eine Kalibrierung mittels des Anschlusses von Kalibrierstandards durch den Nutzer des Messgeräts kann verzichtet werden, wenn das im Folgenden beschriebene Verfahren angewendet wird. Zunächst wird das Messgerät während des Herstellungsprozesses kalibriert. D. h. die Fehlermatrizen des Messgeräts werden ermittelt. Diese beinhalten jedoch noch keine Informationen bezüglich der durch die Verbindungsmittel, mittels welcher das Messobjekt angeschlossen wird, verursachten Messfehler. So beinhalten diese Messfehler Reflexionen an den Messtoren und die Transmissionen durch die Messtore.On a calibration by means of the connection of calibration standards by the user of the meter can be omitted if the procedure described below is applied. First becomes the meter while calibrated during the manufacturing process. Ie. the error matrices of the meter are determined. These do not yet contain any information in terms of by the connecting means, by means of which the measuring object connected, caused measurement errors. So include these Measurement errors reflections at the test ports and the transmissions through the measuring gates.
Messfehler in der Transmission können durch Verbindung der beiden Verbindungsmittel, welche zum Anschluss des Messobjekts eingesetzt werden, kalibriert werden. Auf diese Kalibrierung kann verzichtet werden, wenn ein geringer Messfehler in Kauf genommen wird. Insbesondere bei Einsatz von kurzen Verbindungsleitungen verursacht dieses Vorgehen keine gravierenden Messfehler.measurement error in the transmission can by connection of the two connecting means, which for connection be used to calibrate the device under test. To this Calibration can be omitted if a small measurement error is accepted. Especially when using short connecting cables this procedure does not cause any serious measuring errors.
Die Messfehler durch Reflexion an den Anschlüssen der Verbindungsmittel auf Seite der Messtore können ebenfalls durch diese eine Kalibriermessung bestimmt werden. Bei Anschluss eines Messobjekts mittels der Verbindungsmittel können bei unidirektionaler Messung weiterhin die Reflexionen am Anschluss des Verbindungsmittels auf der Messobjektseite und am Messobjekt auf der Sendeseite bestimmt werden.The Measurement error due to reflection at the connections of the connecting means on the side of the tester also be determined by this one calibration. at Connection of a measuring object by means of the connecting means can at unidirectional measurement continues the reflections at the port of the bonding agent on the test object side and on the test object be determined on the sending side.
Somit sind bei unidirektionaler Messung lediglich die Reflexionen am Anschluss des Verbindungsmittels auf der Messobjektseite und am Messobjekt auf der Empfangsseite nicht bekannt. Diese verbliebenen Fehlerkoeffizienten werden, wie weiter oben ausführlich beschrieben, mittels einer gleichzeitigen Einspeisung eines schwächeren zweiten Anregungssignals in das zweite Messtor bestimmt. Da für diese reine Reflexionsmessung lediglich eine geringe Dynamik notwendig ist, genügt hierfür eine sehr kurze Messzeit. So kann eine nahezu vollständig kalibrierte Messung nach lediglich der Verbindung der beiden Messleitungen erfolgen. Eine unvollständig kalibrierte, jedoch trotz dessen fehlerarme Messung ist bei Verzicht auf diese Kalibriermessung möglich.Consequently For unidirectional measurement, only the reflections are at the connection of the bonding agent on the test object side and on the test object not known on the receiving side. These remaining error coefficients be detailed as above described by means of a simultaneous feed of a weaker second Excitation signal in the second Messtor determined. Because for this pure reflection measurement only a low dynamics necessary is enough therefor a very short measuring time. So can a nearly completely calibrated Measurement after only the connection of the two test leads done. An incomplete calibrated, but despite its low-error measurement is waiver possible on this calibration measurement.
Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Wie
bereits erwähnt,
können
unterschiedliche Messvorrichtungen eingesetzt werden. Auch ist eine
Nutzung von höheren
Anzahlen an Messtoren möglich.
Alle vorstehend beschriebenen Merkmale oder in den Figuren gezeigten
Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig vorteilhaft miteinander
kombinierbar. Insbesondere sind die anhand der
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