מאת: ד”ר אלן בלנקמן, חברת LECROY
תמצית
אנלייזר SPARQ לשלמות אותות רשת משתמש ב-TDR וב-TDT על מנת לאפיין את ההתנהגות החשמלית של הרשת. תהליך מדידת פרמטרי ה-S כולל 3 שלבים: 1) כיול OSLT, 2) מדידת DUT ו-3) חישוב פרמטר S.
כאשר עושים שימוש ב-SPARQ מדגם “E”, כלל השלבים מתבצעים אוטומטית, בלחיצת כפתור אחת, וללא כל התערבות מצד המשתמש. תהליך זה ממומש באמצעות מכלול מטריצת מתגים פנימי, המנתב אותות לתקני כיול מחוברים-פנימית וליציאות בפאנל הקדמי. אנלייזרים מדגם “M” מכוילים באמצעות ערכת כיול OSLT חיצונית של המשתמש.
מערכת רכישת צורת-גל
בשלבי כיול ה-OSLT ומדידת ה-DUT, האנלייזר רוכש צורות-גל ממודולי דגימת ה-TDR ו-TDT באמצעות מערכת בסיס-התזמון המשולבת (Coherent Interleaved Timebase) של LeCroy ו-ADC בעל 14 ביטים המנתב דגימות ל-FPGA בתדר של כ-10MHz. לאחר מכן מתבצע מיצוע של 250, 2,500 או 25,000 צורות-גל CIS בכל שלב ברצף מדידת ה-OSLT ו-DUT. המשתמש יכול להחליף בין ערכים אלו באמצעות שינוי ערך ה”דיוק” (Accuracy) שבתפריט הגדרות התצורה של המכשיר, אשר כמו כן כולל אפשרות להגדרה ידנית של מספר הממוצעים. ה-SPARQ מבצע “מיצוע חומרה” של 250 צורות-גל במשך כשנייה אחת, ומעביר את ממוצע 250 צורות-גל אלו למחשב אישי המריץ יישום ייעודי לאנלייזר SPARQ.
שלב כיול OSLT
יחידות SPARQ מדגם “E” (כיול פנימי אוטומטי):
אנלייזרי SPARQ מדגם “E”, לרבות ה-SPARQ-4004E וה-SPARQ-4002E, עושים שימוש בערכת כיול OSLT פנימית המחוברת תמידית למכלול מטריצת המתגים של אנלייזר ה-SPARQ. (ניתן כמו כן לבצע כיולים ידנית, כפי שיפורט בהמשך). במהלך ביצוע כיול אוטומטי, פעימת ה-TDR מנותבת דרך מכלול המטריצה אל התקן הפתוח, הקצר והעומס, ולאחר מכן באמצעות “מעבר” מכויל אל דוגם שני. בכל אחד מן השלבים הנ”ל, מופקים פעימות TDR, וצורות-גלי TDR הנרכשות כפי שתואר תחת הכותרת “מערכת רכישת צורת-גל”. כאשר קיים חיבור ל”מעבר” (Thru), צורות-גל TDT נרכשות גם כן. בטרם מתבצעת מדידת תקני הכיול, מתבצעת תחילה מדידת קו-בסיס. קו בסיס זה מופחת מכלל העקבות על מנת לסייע במניעת שגיאה דטרמיניסטית.
רצף כיול אוטומטי: (ראה תרשים 1)
1. קו בסיס: חבר את דוגם ה-TDR לעומס של 50 אוהם (מדוד כאשר פעימת ה-TDR כבויה)
2. פתוח: חבר את דוגם ה-TDR לתקן הפתוח
3. קצר: חבר את דוגם ה-TDR לתקן הקצר
4. עומס: חבר את דוגם ה-TDR לתקן העומס
5. מעבר: חבר את דוגמי ה-TDR וה-TDT לתקן המעבר.
הטווח הדינמי של אנלייזר ה-SPARQ
יחידות SPARQ מדגם “M” (כיול ידני בלבד):
אנלייזרי SPARQ מדגם “M” (קיים לפי שעה דגם אחד בלבד של אנלייזר זה, ה-SPARQ-4002M), אינם כוללים מטריצת מתגים או ערכת כיול פנימית מחוברת. משתמשי דגם זה נדרשים לבצע כיול OSLT באופן ידני, תוך חיבור וניתוק תקני ה-OSLT לקצות הכבלים המחוברים ל-SPARQ. הכיול מתבצע באמצעות אשף המודיע למשתמש לחבר בכל שלב את ערכת הכיול לתקן המתאימה, ורוכש צורות-גל TDR ו-TDT כמפורט להלן.
שלב מדידת DUT
במהלך שלב זה, מתבצעת שורה של פעולות בה הדוגמים הרוכשים צורות-גל TDR ו-TDT מחוברים לצמדי יציאות DUT. כלל הצירופים של צמדי-יציאות כלולים ברצף זה, כך שכל יציאות ה-DUT מאופיינות תוך שימוש הן ב-TDR והן ב-TDT בכל יציאה (port) שנייה. יציאות בלתי-משומשות בכל שלב ברצף זה מנותבות לטרמינציית 50 אוהם (תהליך זה זהה לתהליך המתבצע במהלך השימוש ב-VNA לאנליזת רשתות).
פעימות TDR מופקות בתדר של 1MHz/5MHz, בתלות בבחירת מצב אורך ה-DUT, המופיעה במסך תצורת ההגדרות הראשית של מכשיר ה-SPARQ, וצורות-גל TDR ו-TDT נרכשות בהתאם למפורט תחת הכותרת “רכישת צורות-גל”.
שלב חישוב פרמטר S
שלב חיוב פרמטר S מתבצע במחשבו האישי של המשתמש. כל צורת-גל TDR ו-TDT ממוצעת הנרכשת במהלך שלב מדידת ה-DUT מעובדת כדלקמן (ראה איורים 3 ו-4). הבחירות המתקיימות בתפריט תצורת ההגדרות הראשית של המכשיר קובעות את מספר הנקודות ואת תדר הקצה של פרמטרי ה-S המופקים.
1. צורות-הגל מהוות קלט לאלגוריתם צמצום רעשי גלים קטנים, המשמש למזעור נוסף של רעש רקע.
2. צורות-הגל “המתוקנות” מחולקות על-מנת להפריד מרכיבי מוחזרים ו/או משודרים.
3. צורות הגל המופרדות עוברות דיפרנציאציה על מנת לקבל צורות-גל אימפולס תגובה.
4. צורות-הגל המוחזרות והמופרדות עוברות לתחום התדרים באמצעות טרנספורמציית Chirp Z-transform. המשתמש רשאי לבחור תדר קצה ומספר נקודות על מנת לקבוע את מרווח ורזולוציית התדר.
5. פרמטרי S “גולמיים” מופקים באמצעות לקיחת יחסי קלט צורות-גל המתאימים עבור שלב זה. למשל, היחס בין צורות-הגל בתחום התדרים אשר עברו טרנספורמציה מתגובות האימפולס המוחזרות והמשודרות מיציאה 1 הינו פרמטר ה-S הגולמי “S11”.
6. פרמטרי S הנשלחים ליציאות הפאנל הקדמי מחושבים מפרמטרי ה-S הגולמיים באמצעות אלגוריתם הלוקח כקלט את הגדרות השגיאה אשר נקבעו בתהליך הכיול ואת פרמטרי ה-S מכלל הנתיבים באמצעות מטריצת המתגים (פרמטרי S של מטריצת המתגים נמדדים במפעל, ומאוחסנים בכרטיס הזיכרון של מכשיר ה-SPARQ).
7. פרמטרי ה-S של ה-DUT בלבד מחושבים באמצעות אלגוריתם המבטל את שיבוץ הכבלים, המתאמים והתקנים המחוברים. תהליך זה מתבצע ע”י שימוש בפרמטרי ה-S של רכיבים אלו, המהווים קלט ליישום מכשיר ה-SPARQ (פרמטרי ה-S של הכבלים נמדדים במפעל, ומאוחסנים בכרטיס הזיכרון של מכשיר ה-SPARQ). כאשר המשתמש בוחר לאכוף הדדיות (enforced reciprocity), קבוצת הפיתרון מוגבלת כך ש-Sij=Sji).
8. כאשר נבחרת אכיפה פסיביות (passivity enforcement), המכשיר מחזיר מטריצת פרמטר S העונה לתנאי כי ||S||2≤1.||S||2, המכונה גם “2-norm”, הערך הסינגולארי הגדול ביותר של המטריצה S. כאשר מטריצת פרמטר ה-S איננה עומדת בתנאי זה, אזי היא מופרעת ע”י כמות מינימאלית אפשרית ע”י מטריצה A, כך ש- ||S-A||2≤1. (S-A) הינה מטריצת פרמטר ה-S העומדת בתנאי הפסיביות.
9. כאשר נאכפת סיבתיות (casuality)באמצעות תיבת הסימון בהגדרות התצורה המתקדמות של המכשיר, מתבצעת האנליזה הבאה:
A. תגובת האימפולס עבור כל פרמטר S מחושבת ע”י הפיכת FFT.
B. כאשר אורך הסיבתיות המקסימאלי הנבחר בממשק המשתמש בגרפי שווה לאפס, אזי המחצית השנייה של כל צורת-גל אימפולס תגובה תהיה שווה לאפס. כאשר אורך הסיבתיות המקסימאלי גדול מאפס, נקודות בזמנים הגדולים מאורך הסיבתיות הנבחר תהינה שוות לאפס, דהיינו, נדרש כי המחצית השנייה של כל צורת-גל אימפולס תגובה תהיה שווה לאפס.
C. צורות-גל אימפולס התגובה עוברות טרנספורמציה חזרה לתחום התדרים באמצעות Chirp Z-transform, ועל-ידי כך מפיקות פרמטרי S העומדים בתנאי הסיבתיות המבוקש.
הערה: על משתמשי המכשיר לנקוט במשנה זהירות על-מנת להימנע מאכיפת סיבתיות שגויה. מקום שבחירות תדר הקצה ומספר הנקודות יגרמו לערך תדר דלתה “גדול”, כך שאורך זמן אימפולס התגובה המתאים הינו מחצית מן הזמן הנדרש להחזרות לדעוך. בנסיבות כגון אלה, אכיפת הסיבתיות תגרום להזנחת ההחזרות, מה שיגרום למדידת פרמטר S שגויה.
פרמטרי S במצב מעורב
המשתמש רשאי להגדיר את אנלייזר ה-SPARQ כך שזה יחזיר פרמטרי S במצב מעורב דרך מסך הגדרות התצורה המגוון (versatile configuration screen). באיור 5, מוגדר המסך כך שזה יחשיב את יציאות 1,2 ו-3,4 כיציאות דיפרנציאליות, ומטריצת ה-S מאורגנת בתצורת מצב מעורב סטנדרטית, כאשר פרמטרי SDDij יימצאו ברביע העליון השמאלי ופרמטרי SCCij יימצאו ברביע הימני התחתון. למשתמש נתונה האפשרות למספר מחדש ולסדר מחדש את היציאות באמצעות דו-שיח זה.
תוצאות תחום- (זמן)
בנוסף להצגת גודל ו/או מופע (פאזה) פרמטרי ה-S, למשתמש נתונה האפשרות להציג תוצאות זמן-תחום לרבות תגובת שלב (step response), ערך ρ (רו) ו-Z. אלו מחולצים מפרמטר ה-S באמצעות ביצוע הפיכת FFT בפרמטרי ה-S על מנת לקבל את אימפולס התגובה, ולאחר מכן באמצעות ביצוע קונבולציה עם אימפולס המוגדר ע”י המשתמש. אינטגרל האימפולס הינו פונקציית מדרגת קוסינוס-מורם, כאשר זמן ההרמה מוגדר בממשך המשתמש.
הצגת תוצאות
המשתמש רשאי להציג עד 16 תוצאות של צורות-גל, במקביל לתוצאות פרמטרי S המיובאות מקובץ למטרות השוואה.
נמסר באדיבות חברת להט
