提高RF微波測試正確性

盡管大部分的RF 和微波測試系統(tǒng)所要量測的對(duì)象只有區(qū)區(qū)幾種廣泛的類別－放大器、發(fā)射器、接收器等，但每一套個(gè)別的系統(tǒng)卻會(huì)面臨一些不同的環(huán)境條件、要求和挑戰(zhàn)。雖然每一種狀況可能都不一樣，不過當(dāng)您在定義任何的RF和微波測試系統(tǒng)時(shí)，卻有三項(xiàng)共通的因素會(huì)相互影響：效能、速度與穩(wěn)定（repeatability）。在每一位系統(tǒng)開發(fā)者面臨的狀況各有不同的情況下，能否在這三項(xiàng)因素間做最佳的取謂關(guān)系著量測結(jié)果是否能達(dá)到要求的正確性（integrity）水準(zhǔn)。

在DUT 到量測儀器之間的路徑上（圖1），有許多個(gè)點(diǎn)都會(huì)出現(xiàn)這些因素的取問被，本文建議了一個(gè)考量這些取我蛩氐募芄梗并且提供六大秘訣，教您如何克服RF 信號(hào)路徑上常會(huì)碰到的問題。

圖1：在所有的測試系統(tǒng)架構(gòu)下，都有很多的機(jī)會(huì)可以在效能、速度與穩(wěn)定之間求取最佳的平衡，以控管量測的正確性。

秘訣一：排定效能、速度與穩(wěn)定的優(yōu)先順序

為了讓全部六大秘訣有論述的依據(jù)，有必要先清我們對(duì)效能、速度及穩(wěn)定的定義。在大部分的情況下，只有其中一個(gè)或兩個(gè)因素會(huì)成為首要的考量條件，主導(dǎo)您的測試需求與設(shè)備的選擇。無論如何，仔細(xì)地審視效能、速度與穩(wěn)定之間的相互影響與取喂叵擔(dān)ㄈ綾1 到表3 的摘要所列），將可協(xié)助您掌控特有的需求狀況。

基本的定義

在RF 和微波測試設(shè)備中，安捷倫科技對(duì)“效能”的定義主要指的是儀器的準(zhǔn)確度、量測范圍和頻寬。儀器的準(zhǔn)確度包括明訂的振幅和頻率量測絕對(duì)準(zhǔn)確度；量測范圍指的是動(dòng)態(tài)范圍、失真、噪音位準(zhǔn)和相位噪音，這些屬性會(huì)影響信號(hào)位準(zhǔn)量測的精確度；而頻寬則是指可以處理和分析的頻率寬度或資料速率。速度測試系統(tǒng)的速度或Throughput 會(huì)取決于所使用的硬件、輸入/ 輸出（I/O）介面和軟件，我們的重點(diǎn)將放在硬件和四項(xiàng)會(huì)影響速度的因素上：量測設(shè)定時(shí)間、量測執(zhí)行時(shí)間、資料處理時(shí)間、以及資料傳輸時(shí)間。在RF 和微波的頻率，設(shè)定時(shí)間中非常重要的一環(huán)就是DUT 或測試系統(tǒng)在每次變更（例如切換器的開或閉、功率位準(zhǔn)改變）之后，所需的穩(wěn)定時(shí)間（settling time）。

穩(wěn)定一致性對(duì)任何測試系統(tǒng)來說，每一次的測試以及每天的測試都能產(chǎn)生一致的結(jié)果是非常重要的。然而，穩(wěn)定佳并不代表精確度也高，因?yàn)榫_度會(huì)取決于個(gè)別儀器的效能，而穩(wěn)定指的是無論明訂的準(zhǔn)確度為何，所量測到的結(jié)果都是一致的。就每一部儀器而言，穩(wěn)定可能會(huì)因某些量測或模式而異，因此查看產(chǎn)品的規(guī)格或詢問制造商是很重要的。在某些程度內(nèi)，透過更多次的平均，或修改演算法以準(zhǔn)確地逼近符合標(biāo)準(zhǔn)量測方法所得到的結(jié)果，將可以提高穩(wěn)定。將量測設(shè)定（如中心頻率、頻距和衰減位準(zhǔn)）的改變次數(shù)減到最少，可以達(dá)到最佳的穩(wěn)定一致性。

三者的關(guān)系概述

DUT 的測試要求和商業(yè)上的考量可以協(xié)助您評(píng)估效能、速度與穩(wěn)定之間的相對(duì)重要性，一旦您確立了首要的考量條件及其要求的高低程度后，就比較容易理出彼此的關(guān)系及其對(duì)系統(tǒng)的影響。表1、表2 和表3 分別就兩種狀況：首要考量條件的要求為高或低，摘要整理了相互間的影響關(guān)系。

表1：以效能為首要的考量條件時(shí)，最重要的相互影響因素是效能和速度。

表2：以速度為首要的考量條件時(shí)，最重要的關(guān)系在于速度和穩(wěn)定。

表3：以穩(wěn)定一致性為首要的考量條件時(shí)，最重要的關(guān)系也是穩(wěn)定一致性和速度。

穩(wěn)定與效能

在表1 和表3 中，穩(wěn)定與效能之間有一個(gè)重要的第二層關(guān)系，這是由量測不確定度所串起的一種間接關(guān)系。面對(duì)不確定度時(shí)，有些系統(tǒng)開發(fā)人員會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)“誤差量”（error budget），其大小取決于測試要求與系統(tǒng)不確定度之間的差距。影響不確定度的兩大主要因素是絕對(duì)準(zhǔn)確度（儀器的效能）和量測一致性（穩(wěn)定）。如果系統(tǒng)中的儀器具有很高的絕對(duì)準(zhǔn)確度，那么誤差量中就有較大的空間可以容忍較低的穩(wěn)定。如果儀器可以提供一致的結(jié)果，那么誤差量中也會(huì)有較大的空間可以容忍較低的絕對(duì)準(zhǔn)確度。

多項(xiàng)要求皆“高”

若要滿足“高速與高穩(wěn)定”或“高效能與高速”這類多重的要求，可能就需要使用復(fù)雜精密的儀器，其價(jià)格相較于能力較差的設(shè)備自然會(huì)稍微高一些。不過，許多高性能的儀器中可能會(huì)內(nèi)建硬件加速器，可以加快一些耗時(shí)的作業(yè)，如平均計(jì)算和校準(zhǔn)。有些機(jī)種也可能包含多種演算法，可以計(jì)算諸如相鄰頻道功率（ACP）等參數(shù)。如果全部三項(xiàng)要求皆“高”，就必須仔細(xì)檢查系統(tǒng)的每一個(gè)部份－測試設(shè)備、切換子系統(tǒng)、纜線、接頭等。最佳的解決方案很可能價(jià)格也不低，但可以提供一些額外的功能和優(yōu)點(diǎn)。

秘訣二：審視DUT 的本質(zhì)和特性

的自動(dòng)化測試系統(tǒng)可以執(zhí)行三項(xiàng)基本的任務(wù)：提供信號(hào)源、進(jìn)行量測、以及進(jìn)行切換，至于該使用哪一種信號(hào)產(chǎn)生器、功率l、頻譜分析儀、網(wǎng)路分析儀、切換矩陣（switch matrix）和纜線，則取決于DUT 的電性和機(jī)構(gòu)屬性。在RF 和微波的頻率，有一些基本的特性需要特別留意。

電性參數(shù)

DUT 的基本性質(zhì)是主要的考量：它是被動(dòng)和線性的，或是主動(dòng)和非線性的？被動(dòng)的線性元件較容易處理，因?yàn)樗鼈冊谡麄€(gè)工作頻寬范圍內(nèi)所有允許的輸入功率位準(zhǔn)下，增益和相位偏移量一般都是固定的。相反地，主動(dòng)元件就需要格外謹(jǐn)慎，因?yàn)樗鼈兺ǔ＞哂蟹蔷€性的工作區(qū)域，對(duì)輸入功率相當(dāng)敏感，可能會(huì)在不同的位準(zhǔn)產(chǎn)生不同的結(jié)果。如此一來，可能就需要在測試系統(tǒng)中加入放大器或衰減器，以精確地控制功率位準(zhǔn)，而且也許還要加入耦合器，將輸入到DUT 的功率位準(zhǔn)分一些出來并確認(rèn)是否正確。這些額外加入的東西千萬不能輕忽：在高頻下，每一個(gè)系統(tǒng)組成要件都具有復(fù)數(shù)的阻抗值（伴隨有S參數(shù)），而且每多一項(xiàng)連接就有可能與DUT 產(chǎn)生不必要的相互影響。