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S参数查看软件-SPChart发布

2011年2月12日 4 条评论

SPChart谋划和编写了很久,现在终于能正式发布了。在网上搜索了下S参数查看软件,基本上都是商业收费软件,而且支持混合S参数的也不多,所以萌生了自己写一个这样工具的想法。软件基本功能完成,并已经发布到sourceforge上面了。

软件特点

目前软件已经实现下面的功能:

  • 支持SNP从S1P到S9P ,S10P以上不支持,实际上使用的也比较少
  • 混合模式目前之支持4端口
  • 能导出eps, emf, pdf, png, ps, svg 等格式图片
  • 支持相位曲线

软件主页:http://spchart.sourceforge.net/

spchart_maingui

安装方法

软件是用python编写,如果源代码运行的话,需要预先安装python,numpy以及matplotlib库。当然也有编译好的exe文件,解压直接运行,或者用安装包。

软件下载地址:https://sourceforge.net/projects/spchart/files/

软件的精度

可以和商业软件如SPView做对比。

单端S参数:

SPchart

SPChart_SEmode

SPview

SPView_SEmode

混合S参数

SPChart

SPChart_mixmode

SPview

SPView_mixmode

示波器探头(4)

2010年12月30日 没有评论

五、探头及附件准确度验证
下图是一个例子:被测信号是一个频率456MHz,边沿时间约65ps的时钟信号,分别使用不同类型的探头和探头附件的测试结果。
A图是使用12GHz的1169A差分探头和N5381A 12GHz焊接探头附件的测试结果,几乎完全复现被测信号;
B图是使用500MHz的无源探头的测试结果,显示的信号完全失真;
C图是使用12GHz的1169A差分探头和较长的测试引线的测试结果,显示的信号出现很大的过冲;
D图是使用4GHz的1158A单端探头和较长的测试引线的测试结果,显示的信号几乎是正弦波,失真较大。

4-1

从图中可见探头和探头附件对测试精确度的影响是非常大的,是我们测试高速信号应该重点注意的内容之一。那我们应该如何验证探头和探头附件呢?
验证探头和探头附件需要使用一台脉冲码型发生器(如:81134A,3.35GHz速率,60ps边沿的脉冲码型发生器),如果示波器自带高速信号输出功能,也可以使用示波器的这个辅助输出口代替脉冲码型发生器(如: Infiniium示波器的AUX OUT端口可以发一个高速时钟:456MHz频率,约65ps边沿)。另外,需要同轴电缆和测试夹具(Infiniium示波器配置的探头校准夹具可以作为探头和探头附件验证测试夹具)。测试夹具的外表是地(Ground),里面走线是信号(Signal),如下图所示。使用时,通过同轴电缆把一端接到脉冲码型发生器或示波器的辅助输出AUX OUT端口,另外一端通过适配器连接到示波器的通道1上。

4-2

然后把被验证的探头连接到通道2上,探头通过探头附件可以接触到测试夹具的信号和地(如果是差分探头,那么把+端连接到测试夹具的信号线,把-端连接到测试夹具的地上)。
1、如果探头不接触信号线,则屏幕上会出现一个原始波形,存为参考波形;
2、当用探头探测信号线时,通道1的波形会发生变化,这个变化后的波形就是被探头和探头附件影响后的被测信号;
3、这时,连接探头的通道2会出现一个波形,这个波形是探头测试到的波形;
4、通过对比参考波形,通道1的波形,和连接探头的通道2的波形,就可以直观的看出或通过测试参数读出三者的差别,可以验证探头和探头附件的影响。

4-3

下图是实际验证的一个例子,图A把示波器的AUX OUT通过同轴电缆连接到测试夹具,测试夹具的另一端通过SMA-PBNC适配器连接到示波器的一个通道上(此例连接到通道3),把探头连接到通道1上,此时调整屏幕上的波形,使得出现一个边沿阶跃波形,如图C所示,并把此波形存为参考波形。如图B把被验证探头和附件点测到测试夹具上,如图D所示,屏幕上出现3个波形,兰色的是参考波形,绿色的是受探头影响后的被测波形,黄色的是探头显示的波形,通过测试上升时间参数,过冲参数等,可确认探头和探头附件的性能。4-4

分类: 测量仪器 标签: ,

ADS单端S参数转换成差分的方法

2010年12月29日 没有评论

ADS的bulan器件可以很方便的把单端s参数转换成差分S参数,SNP文件的详细规格请参见这里,以S4P文件为例,单端的S参数是4x4的矩阵,S11,S12…,S44,差分S参数可以看作是差分和共模的组合,差分的输入和输出,共模的输入和输出。如下图中S4P组件S参数源文件为Molex2006_1_T.s4p,用2个balun作为产分和单端的转换。差分阻抗为100欧姆,共模阻抗为25欧姆,如图中的Term1~Term4。通过S参数仿真就能得出差分共模S参数。比如要看SDD12就是输出结果的S13,SDD11就是输出结果的S11

schematic

SDD11和SDD12的结果如下图所示:

sdd11_sdd12

同样可以用SPview来查看做对比,结果如下:

spview

仿真的源文件下载地址:http://www.box.net/shared/5vshoiop1p

分类: S参数 标签:

示波器探头(3)

2010年12月29日 没有评论

原文地址:http://blog.sina.com.cn/s/blog_5d713e7a0100n3m3.html

四、有源探头附件
现代的高带宽有源探头都采用分离式的设计方法,即:探头放大器与探头附件部分分开。这样设计的好处是:
1、支持更多的探头附件,使得探测更加的灵活;
2、保护投资,最贵的是探头放大器(一个探头放大器可以支持多种探测方式,以前需要几个探头来实现);同时探头附件保护探头放大器(探头附件即使损坏,价格也相对便宜);
3、这种设计方式容易实现高带宽。

3-1

这些探头附件,主要包括以下几种:
1、点测探头附件(包括:单端点测和差分点测);
2、焊接探头附件(包括:单端焊接和差分焊接,分离式的ZIF焊接);
3、插孔探头附件;
4、差分SMA探头附件(示波器一般直接支持SMA连接,但是如果被测信号需要上拉如HDMI,则必须使用SMA探头附件)。
探头附件的电路结构如下图所示:
1、在探头附件尖端部分会有一对阻尼电阻(一般82ohm),这对阻尼电阻的作用是消除探头附件尖端部分的电感的谐振影响;
2、探头尖端部分的后面是25Kohm的电阻,这个电阻决定了探头的输入阻抗(直流输入阻抗即电阻:单端25Kohm,差分50Kohm),这个电阻使得被测信号传输到探头放大器部分的功率是非常小的,不至于对被测信号有较大影响。
3、25Kohm的电阻后面是同轴传输线部分,这个传输线负责把小信号传输到放大器。这个传输线的长度可以很长,也可以很短,中间可以加衰减器,也可以加耦合电容。
4、同轴传输线连接到放大器,放大器是50ohm匹配的(差分100ohm匹配)。

3-2

有源探头为了保持探头的精确度,需要工作在恒温状态,所以探头放大器不能放置到高低温箱里进行高低温环境下被测电路板的测试。从探头附件结构中可见中间的 50ohm传输线的长短不影响探测,所以可以用很长的同轴电缆或扩展同轴电缆,让这个同轴电缆伸进高低温箱里进行高低温换进下被测电路板的测试。如下图是 N5450A扩展电缆,使用N5381A焊接探头附件,可以工作在-55°到150°温度范围。

3-3

使用N5450A扩展电缆和N5381A探头附件,使用1169A 12GHz探头放大器,在-55°和150°环境下的频响曲线如下图所示,可见能够满足高速信号测试的要求。

3-4

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示波器探头(2)

2010年12月28日 没有评论

原文地址:http://blog.sina.com.cn/s/blog_5d713e7a0100n3j8.html

三、有源探头
我们先来观察一下用600MHz无源探头和1.5GHz有源探头测试1ns上升时间阶跃信号的影响。使用脉冲发生器产生一个1ns的阶跃信号,通过测试夹具后,使用SMA电缆直接连接到一个1.5GHz带宽的示波器上,这样示波器上会显示一个波形(如下图中的兰色信号),把这个波形存为参考波形。然后使用探头点测测试夹具去探测被测信号,通过SMA直连的波形因为受探头负载的影响而变成黄色的波形,探头通道显示的是绿色的波形。然后分别测试上升时间,可以看出无源探头和有源探头对高速信号的影响。

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具体测试结果如下:
使用1165A 600MHz无源探头,使用鳄鱼嘴接地线:受探头负载的影响,上升时间变为:1.9ns;探头通道显示的波形存在振铃,上升时间为:1.85ns;
使用1156A 1.5GHz有源探头,使用5cm接地线:受探头负载的影响较小,上升时间仍为:1ns;探头通道显示的波形与原始信号一致,上升时间仍为:1ns。
单端有源探头结构图如下,使用放大器实现阻抗变换的目的。单端有源探头的输入阻抗较高(一般达100Kohm以上),而输入电容较小(一般小于1pf),通过探头放大器后连接到示波器,示波器必须使用50ohm输入阻抗。有源探头带宽宽(现在可达30GHz),而负载小,但是价格相对较高(一般每根探头达到同样带宽示波器价格的10%左右),动态范围较小(这个需要注意,因为超过探头动态范围的信号,不能正确测试。一般动态范围5V左右),比较脆弱,使用需小心。

2-2

差分探头结构图如下,使用差分放大器实现阻抗变换的目的。差分探头的输入阻抗较高(一般达50Kohm以上),而输入电容较小(一般小于1pf),通过差分探头放大器后连接到示波器,示波器必须使用50ohm 输入阻抗。差分探头带宽非常宽(现在可达30GHz),负载非常小,具有较高共模抑制比,但是价格相对较高(一般每根探头达到同样带宽示波器价格的10% 左右),动态范围也较小(这个需要注意,因为超过探头动态范围的信号,不能正确测试。一般动态范围3V左右),比较脆弱,使用需小心。
差分探头适合测试高速差分信号(测试时不用接地),适合放大器测试,电源测试,适合虚地测试等应用。

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电流探头也是有源探头,利用霍尔传感器和感应线圈实现直流和交流电流的测量。电流探头把电流信号转换成电压信号,示波器采集电压信号,再显示成电流信号。电流探头可以测试几十毫安到几百安培的电流,使用时需要引出电流线(电流探头是把导线夹在中间进行测试的,不会影响被测电路)。
电流探头在测试直流和低频交流时的工作原理:
当电流钳闭合,把一通有电流的导体围在中心时,响应地会出现一个磁场。这些磁场使霍尔传感器内的电子发生偏转,在霍尔传感器的输出产生一个电动势。电流探头根据这个电动势产生一个反向(补偿)电流送至电流探头的线圈,使电流钳中的磁场为零,以防止饱和。电流探头根据反向电流测得实际的电流值。用这个方法,能够非常线性的测量大电流,包括交直流混合的电流。

2-4

电流探头在测试高频时的工作原理:
随着被测电流频率的增加,霍尔效应逐渐减弱,当测量一个不含直流成分的高频交流电流时,大部分是通过磁场的强弱直接感应到电流探头的线圈。此时,探头就像一个电流变压器,电流探头直接测量的是感应电流,而不是补偿电流,功放的输出为线圈提供一个低阻抗的接地回路。

2-5

电流探头在交叉区域时的工作原理:
当电流探头工作在20KHz的高低频交叉区域时,部分测量是通过霍尔传感器实现的,另一部分是通过线圈实现的。

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