1. SOLT和TRL校準(zhǔn)之間有什么差別?

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀要求在誤差校正測(cè)量前執(zhí)行測(cè)量校準(zhǔn)。對(duì)于二端口測(cè)量，確定響應(yīng)校準(zhǔn)套件的校準(zhǔn)算法為SOLT或TRL/TRL*。
傳統(tǒng)的二端口校準(zhǔn)通常用3個(gè)阻抗標(biāo)準(zhǔn)和1個(gè)傳輸標(biāo)準(zhǔn)定義校準(zhǔn)參考平面。這些標(biāo)準(zhǔn)一般為短路、開路、負(fù)載和饋通，這就就構(gòu)成了SOLT校準(zhǔn)套件。

另一種二端口校準(zhǔn)用最少的3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義校準(zhǔn)參考平面。TRL/TRL*校準(zhǔn)套件中的饋通、反射和線路標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量參數(shù)提供與使用不同算法SOLT校準(zhǔn)同樣的信息。

根據(jù)所擁有的標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)分析儀的功能，您可使用任一種校準(zhǔn)套件。

在許多非同軸應(yīng)用中，難以制作SOLT校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，如果不是不可能的話。而TRL/TRL*校準(zhǔn)法能夠適應(yīng)專門的或特定的同軸連接器校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。

SOLT、TRL和LRM有哪些優(yōu)缺點(diǎn)? 參看校準(zhǔn)方法比較表

2. 怎樣設(shè)計(jì)和驗(yàn)證 TRL校準(zhǔn)件

TRL校準(zhǔn)原理

TRL校準(zhǔn)是一種非常精確的校準(zhǔn)方式，尤其適用于網(wǎng)絡(luò)分析儀的非同軸測(cè)量。下面您將了解有關(guān) TRL校準(zhǔn)的整個(gè)環(huán)節(jié)，從設(shè)計(jì) TRL標(biāo)準(zhǔn)件的要求，到設(shè)計(jì)TRL校準(zhǔn)件參數(shù)的確定，以及TRL校準(zhǔn)件設(shè)計(jì)后的驗(yàn)證。

我們大家都知道傳統(tǒng)的 SOLT校準(zhǔn)，即短路-開路-負(fù)載-直通校準(zhǔn)，SOLT校準(zhǔn)操作方便，測(cè)量準(zhǔn)確度跟標(biāo)準(zhǔn)件的精度有很大關(guān)系，一般只適合于同軸環(huán)境測(cè)量。

而 TRL(Thru, Reflect, Line)校準(zhǔn)是準(zhǔn)確度比 SOLT校準(zhǔn)更高的校準(zhǔn)方式，尤其適合于非同軸環(huán)境測(cè)量，例如 PCB 上表貼器件，波導(dǎo)，夾具，片上晶圓測(cè)量。SOLT校準(zhǔn)通過測(cè)量1個(gè)傳輸標(biāo)準(zhǔn)件和三個(gè)反射標(biāo)準(zhǔn)件來決定 12項(xiàng)誤差模型，而TRL校準(zhǔn)是通過測(cè)量2個(gè)傳輸標(biāo)準(zhǔn)件和一個(gè)反射標(biāo)準(zhǔn)件來決定 10項(xiàng)誤差模型或者 8項(xiàng)誤差模型，取決于所用網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收機(jī)結(jié)構(gòu)。

TRL 校準(zhǔn)極其準(zhǔn)確

TRL 校準(zhǔn)極其準(zhǔn)確，在大多數(shù)的場(chǎng)合中比 SOLT 校準(zhǔn)準(zhǔn)確多了。但是，很少有直接的TRL校準(zhǔn)件存在，一般要求用廣根據(jù)所用夾具的材料及物理尺寸，工作頻率，來設(shè)計(jì)制造出相應(yīng)的 TRL 校準(zhǔn)件。

用戶使用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量元器件時(shí)，采用不同的夾具，就要設(shè)計(jì)不同的 TRL校準(zhǔn)件，因此，對(duì)于用戶來說，有一定的難度和挑戰(zhàn)性。但事實(shí)上，由于TRL校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)件不需要制作的像 SOLT校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)件那么精確，TRL 校準(zhǔn)的精度只是跟TRL標(biāo)準(zhǔn)件的質(zhì)量，重復(fù)性部分相關(guān)，而不是完全由標(biāo)準(zhǔn)件決定，因此，TRL校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)件跟 SOLT相比更容易制作，它們的特性也更容易描述。

1.TRL標(biāo)準(zhǔn)件的要求

1.1 TRL標(biāo)準(zhǔn)件的要求

通常來說，TRL 標(biāo)準(zhǔn)件的要求如下：

(1）直通標(biāo)準(zhǔn)件

電氣長(zhǎng)度為0時(shí)，無損耗，無反射，傳輸系數(shù)為 1：電氣長(zhǎng)度不為0時(shí)，直通標(biāo)準(zhǔn)什的特性阻抗必須和延遲線標(biāo)準(zhǔn)件相同，無須知道損耗，如果用作設(shè)為參考測(cè)量面，電氣長(zhǎng)度具體值必須知道，同時(shí)，如果此時(shí)群時(shí)延設(shè)為0的話，參考測(cè)量面位于直通標(biāo)準(zhǔn)件的中問。

（2）反射標(biāo)準(zhǔn)件

反射系數(shù)的相位必須在正負(fù) 90度以內(nèi)，反射系數(shù)最好接近1，所有端口上的反射系數(shù)必須相同，如果用作參考測(cè)量面的話，相位響應(yīng)必須知道。

(3）延遲線/匹配負(fù)載

延遲線的特性阻抗作為測(cè)量時(shí)的參考阻抗，系統(tǒng)阻抗定義為和延遲線特性阻抗一致。延遲線和直通之問的插入相位差值必須在 20 度至 160 度之間(或-20 度至160度)，如果相位差值接近0或者 180 度時(shí)，由于正切西數(shù)的特性，很容易造成相位模糊。另外，最優(yōu)的相位差值般取 1/4波長(zhǎng)或 90度。

當(dāng)工作頻率范圍大于81時(shí)，，即頻率跨度與起始頻率比值大于8時(shí)，必須使用1條以上的延長(zhǎng)線，以使覆蓋整個(gè)頻率范圍。當(dāng)工作頻率太高時(shí)，1/4波長(zhǎng)的延遲線物理尺才很短，不好制作，這時(shí)候，最好是選拌非0長(zhǎng)度的直通，利用兩者差值，來增大延遲線的物理尺寸匹配的阻抗同樣確立測(cè)量時(shí)的參考阻抗，同時(shí)，匹配負(fù)載在各個(gè)測(cè)試端口的反射系數(shù)必須相同。

1.2 TRL 標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)時(shí)的考慮

以上都是對(duì) TRL校準(zhǔn)件的通常要求，具體設(shè)計(jì)時(shí)，一般有以下考慮：

(1) PCB 上連接頭的—致性越好，損耗越低，TRL 校準(zhǔn)件的效果就越理想。

(2) 直通標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)定了參考測(cè)量面，如果是測(cè)量多端口器件時(shí)，直通標(biāo)準(zhǔn)件盡量長(zhǎng)些，以減少連接頭之問的串?dāng)_，但是也不用太長(zhǎng)，以免浪費(fèi)空問。

(3）參考測(cè)量面最好定在直通標(biāo)準(zhǔn)件的中間，這樣的話電磁場(chǎng)相對(duì)參考測(cè)量面是對(duì)稱的。

(4）開路標(biāo)準(zhǔn)件實(shí)現(xiàn)起來最容易，但是由于開路標(biāo)準(zhǔn)件存在邊緣電容效應(yīng)，所以我們必須通過測(cè)量或者 3D-EM 仿真來獲得開路標(biāo)準(zhǔn)件的邊緣電容。

(5) 短路標(biāo)準(zhǔn)件實(shí)現(xiàn)起來要麻煩些，因?yàn)橐_切的知道放置短路標(biāo)準(zhǔn)件過孔的位置，保證過孔的邊緣剛好放置在短路標(biāo)準(zhǔn)件的末端。同時(shí)，短路標(biāo)準(zhǔn)件的好壞還取決于過孔的鉆孔技術(shù),般說來激光打孔比普通的機(jī)械鉆孔技術(shù)要好很多

（6）負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)件通過2個(gè)100ohm 的表貼阻抗來實(shí)現(xiàn)，般來說，設(shè)計(jì)一個(gè)低頻下的負(fù)載要比高頻下容易的多，這也是為什么高頻下設(shè)計(jì)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)要采用多條延遲線標(biāo)準(zhǔn)化的原因之

(7) 延遲線的相位跟信號(hào)傳播時(shí)的相速，對(duì)應(yīng)頻率，有效介電常數(shù)有關(guān)。微帶線由于沒有一個(gè)固定的介電常數(shù)，所以必須使用有效介電常數(shù)來考慮空氣和 PCB板材混合后帶來的影響。

(8）設(shè)計(jì)時(shí)，多條延遲線的頻率范圍最好有重疊，這樣能夠保證多條延遲線能夠覆蓋我們要求的頻率范圍。

2 TRL標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)

2.1 具體參數(shù)的確定

考慮設(shè)計(jì)一個(gè)基于 Rogers 4350 板材的 TRL 校準(zhǔn)件，工作頻率范圍從 10 MHz 到20 GHz， Rogers 4350 板材的介電常數(shù)為 3.48+0.05，直通設(shè)計(jì)為非0長(zhǎng)度，則各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件的具體參數(shù)如下圖所示：

TRL校準(zhǔn)件中各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件的具體參數(shù)

從上表中我們可以知道各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)際物理尺寸，然后就可以開始在 PCB 上布局，布線，最后進(jìn)行制板了，大致的效果如下圖所示。

TRL校準(zhǔn)件PCB上布局效果圖

3 TRL標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)后的驗(yàn)證

TRL校準(zhǔn)件做好之后，我們就要開始驗(yàn)證我們制作的 TRL校準(zhǔn)件到底好不好。對(duì)于短路和開路校準(zhǔn)件，我們只要保證短路或開路標(biāo)準(zhǔn)件在各個(gè)測(cè)試端口的反射系數(shù)相等就好了，至于開路標(biāo)準(zhǔn)件的邊緣電容，短路標(biāo)準(zhǔn)件的駐留電感，可以都設(shè)為 0；至于負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)件，只要保證終止頻率時(shí)，阻抗能為 50 歐姆或者接近 50 歐姆就可以了；而對(duì)于直通標(biāo)準(zhǔn)件，就沒什么具體要求了。

TRI標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)后最重要的驗(yàn)證是對(duì)延遲線頻率范圍的確定，由于要求延遲線標(biāo)準(zhǔn)件與直通標(biāo)準(zhǔn)件的相位差位手 20度到160度，所以我們可以通過 memorytrace 來測(cè)量出延遲線標(biāo)準(zhǔn)件與直通標(biāo)準(zhǔn)件的相位差，根據(jù)相位差從20度到 160度，我們可以確定相應(yīng)的頻率范圍，如下圖所示，從圖了我們可以知道，Linel 的頻率范圍是從 101MHz 到 820MHz，滿足我們最初設(shè)計(jì)時(shí)對(duì) Linel 的要求。同樣的，Line2 也是采用相同的方法來確定頻率范圍。此時(shí)，也能夠測(cè)量出 Line1, Line2 和直通標(biāo)準(zhǔn)件之間的時(shí)延差，這將會(huì)在新件 TRL校準(zhǔn)套件時(shí)候用到。

通過網(wǎng)絡(luò)分析儀驗(yàn)證 Line1 的頻率范圍

下圖是 Line1的時(shí)延測(cè)量值。

基于網(wǎng)絡(luò)分析儀驗(yàn)證 Line1 的時(shí)延測(cè)量值

3. TRI校準(zhǔn)的具體過程

TRL 校準(zhǔn)

1 創(chuàng)建TRL校準(zhǔn)套件

完成了 TRL標(biāo)準(zhǔn)件的驗(yàn)證后，我們就可以開始創(chuàng)建新的 TRL校準(zhǔn)套件，創(chuàng)建的過程很簡(jiǎn)單，總的說來要注意以下幾點(diǎn)：

(1) 短路，開路，負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)件都只需確定頻率范圍，以及連接頭類型。

(2） 直通標(biāo)準(zhǔn)件也只需確定頻率范圍，連接頭類型，同時(shí)時(shí)延為 0。

(3）延遲線標(biāo)準(zhǔn)件，需要確定頻率范圍，時(shí)延值，多條延遲線時(shí)，頻率范圍最好有交疊，來確保覆蓋整個(gè)頻率范圍。

下圖是一個(gè)創(chuàng)建 TRL校準(zhǔn)套件的實(shí)例。

一個(gè)創(chuàng)建 TRL校準(zhǔn)套件的實(shí)例

2 TRI校準(zhǔn)具體過程

創(chuàng)建好 TRL校準(zhǔn)套件后，我們就可以開始進(jìn)行TRL校準(zhǔn)了。具體的過程，網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)向?qū)?huì)一步步指導(dǎo)我們?nèi)绾尾僮鳌Ｏ旅嫖覀円?4端口校準(zhǔn)為例，簡(jiǎn)單的說明下如何進(jìn)行TRL校準(zhǔn)，下圖即 TRL校準(zhǔn)向?qū)У囊粋€(gè)步驟。

TRI校準(zhǔn)向?qū)?/span>

TRL校準(zhǔn)后的測(cè)量結(jié)果

被測(cè)件是 Display Port 電纜，長(zhǎng)度為2米。根據(jù) Display Port 電纜的指標(biāo)，我們知道頻率不超過 300MHz 時(shí)，2米長(zhǎng)的 Display Port 電纜，其損耗大概為 2dB，基本上是單位長(zhǎng)度上的損耗為 1dB。下圖即 Display port 電纜測(cè)量的設(shè)置環(huán)境，兩塊PCB 板，剛好各自對(duì)應(yīng)半個(gè)直通長(zhǎng)度。

Display port 電纜測(cè)量的設(shè)置環(huán)境

從下圖中，我們可以得到 Display Port 電纜測(cè)量的最終結(jié)果，當(dāng)頻率為300MHz 時(shí)，S21=-2.1110dB，接近-2dB，滿足相關(guān)指標(biāo)。

基于網(wǎng)絡(luò)分析儀的 Display Port 電纜測(cè)量結(jié)果

TRL校準(zhǔn)是一種非常精確的校準(zhǔn)方式，尤其適用于網(wǎng)絡(luò)分析儀的非同軸測(cè)量。這里我們?cè)敿?xì)探討了有關(guān) TRL校準(zhǔn)的整個(gè)環(huán)節(jié)，從設(shè)計(jì) TRI 標(biāo)準(zhǔn)件的要求，到設(shè)計(jì)TRI 校準(zhǔn)件參數(shù)的確定，TRI 校準(zhǔn)件設(shè)計(jì)后的驗(yàn)證，以及 TRI 校準(zhǔn)時(shí)的具體過程，最后到完成這次非同軸測(cè)量，希望能為大家以后進(jìn)一步研究 TRL校準(zhǔn)提供相應(yīng)的參考。

4. 如何重新定義網(wǎng)絡(luò)分析儀電子校準(zhǔn)件？

您將了解如何重新定義電子校準(zhǔn)件。日常矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的使用中，我們經(jīng)常遇到電子校準(zhǔn)件接口類型或公母頭類型和 DUT 不一致，導(dǎo)致需要額外的轉(zhuǎn)接頭，使得測(cè)試精度降低。或者需要使用轉(zhuǎn)接頭移除等復(fù)雜操作來去除額外引入的誤差。

重新定義電子校準(zhǔn)件（ECal User Characterization）的方式，可以根據(jù)DUT接口來定義ECal的接口類型，在后續(xù)使用中就可以極大簡(jiǎn)化校準(zhǔn)過程，保證校準(zhǔn)精度。

問題描述

使用者已有N4693D（2.4mm female- 2.4mm male, 50GHz）的電子校準(zhǔn)件，但是使用者的被測(cè)件接口是2.92mm(40GHz)，且都是陰頭（female），客戶的矢網(wǎng)端口已經(jīng)通過接口轉(zhuǎn)換，電纜接口變換為2.92mm male。

如下示意圖，是描述如何對(duì)現(xiàn)有的 N4693D（2.4mm female- 2.4mm male , 50GHz）進(jìn)行"Characterize ECal", 這樣做的目的是重新定義ECal，將原有2.4mm接口的電子校準(zhǔn)件定義為帶有2.4mm-2.92mm轉(zhuǎn)接頭的電子校準(zhǔn)件（40GHz，2.92mm接口），方便后續(xù)校準(zhǔn)，不需其它復(fù)雜操作，減少誤差引入。推薦閱讀：

具體過程包含如下3步：

1.在設(shè)置矢網(wǎng)后，并對(duì)矢網(wǎng) 2.92mm接口用其它 2.92mm機(jī)械或電子校準(zhǔn)件進(jìn)行全雙端口校準(zhǔn)（該 2.92mm校準(zhǔn)件只需要使用一次，后續(xù)校準(zhǔn)過程中不需要，所以可以通過短暫借用別人的 2.92mm校準(zhǔn)件來使用）：

 2. 對(duì)需要重新描述（定義）參數(shù)的 ECal，接口進(jìn)行轉(zhuǎn)接到目標(biāo)接口類型，如下所示，ECal校準(zhǔn)件左右安裝了轉(zhuǎn)接頭到2.92mm（female）,這樣原有 N4693D和轉(zhuǎn)接頭結(jié)合在一起，經(jīng)過重新定義（表述）后就是一個(gè)2.92mm接口的 ECal：

 3. 對(duì)需要重新描述（定義）參數(shù)的ECal（第2步準(zhǔn)備好的），使用第1步中準(zhǔn)備好的矢網(wǎng)進(jìn)行測(cè)試，最終獲得重新定義ECal的數(shù)據(jù)并盡量保存在矢網(wǎng)的硬盤中（VNA Disk Memory）,不要保存到ECal內(nèi)的ECal Module Memory（這種操作會(huì)對(duì)ECal內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)擦除并重新寫入新的數(shù)據(jù)，有可能會(huì)有損壞ECal的風(fēng)險(xiǎn)）；

 如下舉例，具體過程如下

(將原有的電子校準(zhǔn)件N4691D，3.5mm, Male-Female；定義并描述為N4691D，3.5mm, Female- Female的電子校準(zhǔn)件，通過校準(zhǔn)后，矢網(wǎng)就可以直接用來測(cè)量（3.5mm,SMA,2.92mm，20GHz）Female- Female的被測(cè)件了)：

1. 在把N4691D（3.5mm Type , Male-Female）校準(zhǔn)件重新定義為N4691D（3.5mm Type, Female- Female）的校準(zhǔn)件前，先用機(jī)械校準(zhǔn)件在3.5mm -male 的測(cè)試線纜端面進(jìn)行2 port校準(zhǔn)，這里作為例子，并保存成Cal Set " 85021-2portCal-10MHz-20GHz"。

2. 啟動(dòng)"Characterize ECal"

 3. 選擇ECal重新定義數(shù)據(jù)的保存位置為儀器內(nèi)部硬盤“Instrument Disk Memory”，這個(gè)是要非常重要（否則有可能將N4691D 內(nèi)部存儲(chǔ)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)擦除），然后對(duì)重新定義后的校準(zhǔn)件添加簡(jiǎn)單描述；

 4.選件接口類型（這里選擇為 APC 3.5 female），如果要定義為2.92mm型接口，則可以選擇2.92 mm female。

 5. 選擇之前使用機(jī)械校準(zhǔn)件保存的Cal Set“85021-2portCal-10MHz-20GHz”

 如果有如下提示,選擇第一項(xiàng)：

 6. 如下提示,將Port1 和A口，port 2和B口連接，并測(cè)量：

 7. 為新定義ECal添加新的描述：

 8. 重新檢查，電子校準(zhǔn)件測(cè)量的描述數(shù)據(jù)將被寫入到PNA(指當(dāng)前的儀器）硬盤中，點(diǎn)擊“Write” Ecal 被重新定義的數(shù)據(jù)就寫入到了硬盤中，并顯示總體信息：

 9.使用該重新定義的ECal：?jiǎn)?dòng)校準(zhǔn)向?qū)В?/span>

 選擇DUT接口類型，選擇新定義的校準(zhǔn)件：

 10. 校準(zhǔn)后，驗(yàn)證，測(cè)試一個(gè)3.5mm female-female的轉(zhuǎn)接頭性能，該轉(zhuǎn)接頭性能之前已經(jīng)評(píng)估過，延時(shí)81ps，這里驗(yàn)證也是非常吻合。