SPARQ

1. SPARQ

2. Приложенная мощность 2-портовое ТЕСУ Z , отраженная волна S порт 1 порт 2 a , падающая волна 1 b 2 b 1 Z L Что такое S-параметры? • S-параметры измеряют параметры отраженной и падающей волн в тестируемых устройствах • ‘S’ происходит от слова “Scattering” (Рассеивание) • Тестируемые устройства могут быть: коаксиальные кабели. Пассивные антенны, активные усилители, микроволновые фильтры и т.п.. • S-параметры имеют модуль коэффициента передачи/отражения (dB) и фазу (градусы) • Принятое обозначение: S<выход><вход> • пример S21 = передача от порта 1 к порту 2 • Для измерения S-параметров используют векторные анализаторы и импульсные рефлектометры. "Advanced Measurements ....not only Signal Integrity" - TDR and S-parameters

3. Введение измерение в S-параметров • S-параметры (от словосочетания Scattering matrix «матрица рассеивания») это путь точного описания как ВЧ энергия проходит через многопортовые тестируемые устройства. • ТЕСУ, в большинстве случает представляется как «черная коробка» • Матрица S-параметров для N-портового устройства содержит N2 S-параметров • S-параметры комплексные величины (модуль вектора и фазы) S11 – модуль вектора отражения частота "Advanced Measurements ....not only Signal Integrity" - TDR and S-parameters

4. Пример отображения параметра S21 для переходной платы потери частота Measurements and Best Practice for Signal Integrity - TDR and S-parameter

5. Число портов ответ на вопросы Порты 1 и 3 имеют физическую связь Порты 2и 4имеют физическую связь

6. передача стимуляция отражение Отражение / передача ( частотная область ) • Отражение: потери при отражении (dB) • отношение в dB мощности отраженного сигнала по отношению к приложенной мощности сигнала • Передача: потери при передаче сигнала (dB) • отношение в dB мощности переданного сигнала по отношению к приложенной мощности сигнала S21 частота "Advanced Measurements ....not only Signal Integrity" - TDR and S-parameters

7. 4-портовое ТЕСУ 50Ω 50Ω порт 2 порт 1 50Ω 50Ω порт 3 порт 4 Основные особенности 4-портовых измерений • 4-портовое ТЕСУ может быть представлено как с общими, так и с дифференциальными входами • Для 4-х полюсника с общим входом S-параметры выглядят как для 2-хполюсника, только S-параметры • Но 4-портовое ТЕСУ может быть представлено как 2-х портовое ТЕСУ, но с дифференциальными входами; в этом случае S-параметры можно отобразить в «смешанном режиме» "Advanced Measurements ....not only Signal Integrity" - TDR and S-parameters

8. Смешанный режим S-параметров

9. Технологии развиваются со скоростями передачи… • Высокие тактовые частоты и скорости передачи в компьютерах, телекоммуникации и сетевом оборудовании • Новые стандарты во всем гигабитном диапазоне • PCIE Gen(3) 8 Гбит/с • SATA Gen(3)/SAS2 • 10 Гигабитный интернет • Высокие скорости передачи подразумевают форму импульса с малым временем нарастания/среза • Необходимость контроля волнового сопротивления при воздании систем передачи высокоскоростная переходная плата

10. Высокоскоростные системы передачи данный требуют… • Факторы, игнорируемы на низких скоростях передачи, становятся критическими – перекрестные помехи, межсимвольная интерференция • Качество линий передачистановится критическим на высоких скоростях • Анализ ИР становится частью измерения целостности сигнала высокоскоростных устройствnow вместе с джиттером рисунок показывает ключевые моменты, на которые следует обращать внимание при увеличении скоростей передачи данных

11. Основные проблемы целостности сигнала

12. Основные проблемы целостности сигнала

13. Отражения Отражение

14. Как межсимвольная интерференция создает джиттер в системеThe order in which bits occur affects edge timing • линии передачи и электронные компоненты, которые служат передатчиками и приемниками, имеют ограниченную полосу частот. Это приводит к тому, чтофронты сигнала становятся не идеальными. Первый бит после переключения полярности может не достигнуть нужной амплитуды в заданный промежуток времени. Для этого некоторые системы используют «предыскажения», которые делают фронты сигнала более крутыми. идеальная форма сигнала Ограничение полоса пропускания (реальная форма сигнала)

15. Поток данных = 11110 ошибка временного интервала, вызванная МСИ 00010 смена полярности бита Как межсимвольная интерференция создает джиттер в системе The order in which bits occur affects edge timing 0100101101110101000010101111010101010000101011010100101010101011001101110010111110100101001010010011110010010010010101010110100101010111111010010010010110100100100101001100010 0100101101110101000010101111010101010000101011010100101010101011001101110010111110100101001010010011110010010010010101010110100101010111111010010010010110100100100101001100010 есть порядок бит, при котором возникает ошибка временного интервала при переключении полярности. Рассмотрим шаблон00010и 11110 Переход1->0 в последовательности00010и11110приводит к разному результату при достижении порогового уровня

16. Межсимвольная интерференция (МСИ) это основная причина детерминированного джиттера 3.125 Гбит/с NRZ-сигнал без МСИ 3.125 Гбит/с NRZ-сигнал с МСИ

17. Основы импульсной рефлектометрии

18. Что такое ИР ИР- Импульсная Рефлектометрия (ИР) • Это измерение отражение во временной области TDR measurements set-up • Импульсный генератор используется для создания импульса возмущения(стимулятор) • Отражение напряженияот тестируемого устройства (ТЕСУ) измеряются осциллографом на совпадение напряжения тестирования • Формаизмеренного отраженного сигнала помогает определить характер цепи и его расположение неоднородностей Time • ИРизмеряет Неоднородности, что означает отражение и расстояние до него

19. Холостой Ход (Zнагр  ∞) Пример ИР Определение Vотр: Zнагр– Z0 ( ) Vотр = Vвозм Zнагр+ Z0 Vвозм Vотр Zнагр∞, Vотр = Vвозм  Vизм Отображение ИР 2 (Vвозм) Vизм = Vвозм+ Vотр= 2 (Vвозм) Vотр.фронтимп. сигн. Vвозм Vизм = Vвозм Vвозмфронт имп. время Модуль ИР Тестируемое устройство ZS = 50  + Z0 = 50  Zнагр∞ Vизм Импульсный генератор -

20. Холостой Ход (Zнагр  ∞) Пример ИР Vизм = Vвозм+ Vотр= 2(Vвозм) Vотр. фронт имп. сигн Vизмер = Vвозм Vвозм фронт имп. сигн

21. Короткое замыкание(Zнагр=0) Пример ИР Определение Vотр : Zнагр– Z0 ( ) Vотр = Vвозм Z нагр+ Z0 V возм V отр Z нагр0, Vотр = Vвозм  V изм Отображение ИР 2 (Vвозм) Vизм = Vвозм Vвозм Vотр.фронтимп. сигн. Vизм = Vвозм+ Vотр= 2 (Vвозм) Vвозмфронт имп. Модуль ИР Тестируемое устройство ZS = 50  + Z0 = 50  Vизм Импульсный генератор Zнагр 0 - time "Advanced Measurements ....not only Signal Integrity" - TDR and S-parameters

22. Короткое замыкание(Zнагр=0) Пример ИР Vизмер = Vвозм Vизм = Vвозм+ Vотр= 0 Vвозм фронт имп. сигн Выравненная кривая Необработанная кривая "Advanced Measurements ....not only Signal Integrity" - TDR and S-parameters

23. Согласованная нагрузка (Zнагр =50Ом) Пример ИР Определение Vотр: Zнагр– Z0 ( ) Vотр = Vвозм Zнагр+ Z0 Vотр = 0 Zнагр= Z0,  Vизм Отображение ИР Vизм = Vвозм Vвозм Отражение не обнаружено, поскольку вся энергия поглощена нагрузкой Vвозмфронт имп.сигн. time Модуль ИР Тестируемое устройство V возм V отр ZS = 50  + Z0 = 50  Vизм Импульсный генератор Zнагр = 50  -

24. Согласованная нагрузка Пример ИР Vизмер = Vвозм Отражение не обнаружено, поскольку вся энергия поглощена нагрузкой Vвозм фронт имп. сигн "Advanced Measurements ....not only Signal Integrity" - TDR and S-parameters

25. Индуктивная (L) и Емкостная (C) нагрузки Тестируемое устройство Тестируемое устройство Z0 = 50  Z0 = 50  C Z0 = 50  Zнагр = 50  Z0 = 50  L Zнагр = 50  Vотр V изм Vизм Отображение ИР Отображение ИР Vизм = Vвозм Vизм = Vвозм Неоднородность от последовательной L Vвозм Vвозм Неоднородность от шунтирующей C Vвозмфронт имп.сигн. Vвозмфронт имп.сигн. time time

26. Vизм Опорный уровень 2(Vвозм) Холостой ход Vотр= +Vвозм Индуктивные искажения Согласованная нагрузка Vвозм Vотр= 0 Емкостные искажения Импульсный генератор формирует тестовый фронт Короткое замыкание Vотр= -Vвозм Понимание отображения ИР ИР отображает обе составляющие цепи – согласованную и несогласованную. время t=0

27. Индуктивные (L) и Емкостные (C) неоднородности Модуль ИР Тестируемое устройство ZS = 50  + Z0 = 50  Z0 = 50  L Vmeas генератор перепада C Zнагр. = 50  - Vвозм. Vотр t2 Vизмер. 1 1 TDR Display 2 2 t1 Vизмер. = Vвозм. L-C неоднородность t1 Vвозм. Емкость может быть рассчитана непосредственно по форму сигнала Индуктивность может быть рассчитана непосредственно по форму сигнала t2 t2 Vвозм.Обнаружен фронт t2  1 Z(t)dt L =  C = dt Z(t) t1 время t1

28. Последовательная индуктивность (L) This example shows the effect of a 1.5 cm wire loop placed in the center of a 50 ohm stripline.

29. Шунтирующая ескость ( C ) This example shows the effect of a 10 pF capacitor shunting the stripline to ground.

30. Определение места нахождения Физически расстояние до неоднородности может быть определено как: Vизм Отображение ИР D = 0.5*(T)*(vp) D = Физическое расстояние до неоднородности T = Время до неоднородностиот начала импульса возмущения до точки неоднородности и обратно (задержка обратного хода) vp = скорость распространения (свойство материала) Vвозм Время до неоднородности T время

31. Многоступенчатое сопротивление Этот пример показывает реальное распределение отражения импульсного сигнала в цепи содержащей три последовательных типа сопротивлений : 100 Ом, 62 Ом и 100 Ом

32. Два ИР модуля ТЕСУ Что такое передаточная импульсная характеристика ПИХ – Передаточная Импульсная Характеристика (ПИХ) • это измерения передаточной характеристикиво временной области • Импульсный генератора обеспечивает формирование возмущающего импульса (стимуляция) • Передаточная характеристика тестируемого устройства (ТЕСУ) измеряется осциллографом • ПИХвключает потери при передаче • Необходимо 2 ИР модуля – один для стимуляции, другой для измерений ПИХ измерения передача передача Осциллограф время

33. Метод калибровки : • КЗ • Использование двух мер – КЗ и согласованной нагрузки • ХХ • Использование трех мер – КЗ, ХХ и согласованной нагрузки Нормализация АЧХ (калибровка) • АЧХ устройства и разъемов до калибровки • После калибровки – неравномерности АЧХ, вызванные разъемами и линиями передачи скомпенсированы

34. TDR/TDT, векторные анализаторы и измерение S-параметров • TDR/TDT и S-параметры описывают процесс отражения и передачи во временной и частотной области . • TDR/ TDT измерения могут быть преобразованы в частотный домен для анализа S-параметров. • S-параметры могут быть преобразованы во временной домен для измерения TDR/TDT TDR/TDT S-параметры Отражение– корреляция в S11 S-параметры полученные с векторного анализатора цепей и извлеченные из ИР измерений

35. Измеритель S-параметров на принципе импульсной рефлектометрии частотный диапазон 40 ГГц на 4-х портах встроенный автоматический OSLT(ХХ; КЗ; СН; МПК) управление всего одной кнопкой низкая цена, по сравнению с векторными анализаторами малое время калибровки и измерения компактные размеры Анализатор SPARQ(“S-Parameters Quick”)

36. модели SPARQ • SPARQ-4004E: 4 порта, 40 ГГц, внутр.калибратор • SPARQ-4002E: 2 порта, 40 ГГц, внутр.калибратор • SPARQ-4002M: 2 порта, 40 ГГц, внеш.калибратор В перспективе будут и модели с большим числом портов Включает в себя: • 40 ГГц фазостабильные кабели • 2.92 мм адаптеры • специальный ключ, универсальный ключ • USB накопитель с софтом

37. Архитектура SPARQ

38. Основан на принципе импульсной рефлектометрии • система сбора информации использует формирователь с временем нарастания 6 пс • LeCroy развертка CIS обеспечивает сбор 250 осциллограм/сек • 40 ГГц переключатели управляют подключением входного сигнала и калибровочного комплекта • Алгоритм компенсации обеспечивает получение S-параметров только для измеряемого устройства. ПО SPARQна ПК матрица переключения ИР цифровые данные… ИР оцифровщик и АЦП ПЛИС ИР цифровые данные архитектура SPARQ-4004E ИР импульс/оцифровщик и АЦП управление ИР когерентная развертка 100 МГц устройство управления

39. Так это выглядит изнутри 

40. Где образцовые площадки для подключения? Другими словами, что это за система, которую мы используем для измерения?

41. возможности SPARQпо самокалибровке SPARQпоказывает систему по ее анализу. • До сегодняшнего дляизмерение S-параметров это преодоление множества сложностей • Векторные анализаторы не имеют встроенных систем калибровки • пользователи ИР должны учитывать влияние кабелей и тестовых площадок • Мы делаем измерения ближе к пользователю… • Патентованный алгоритм измерения S-параметров позволяет вам компенсировать «известные» элементы системы. • Пользователь сам конфигурирует SPARQна необходимые компенсации адаптеров, кабелей и пр.

42. План-Карта SPARQ внутренняя плата калибровки плата измерения (плата ручной калибровки) плата предискажений известныеS-парам. неизвестный S-параметр пользователь контролирует файлы S-параметровчерез интерфейс

43. процесс компенсации в SPARQ Заданные S-параметры компонентов системы… …и использование OSLTкалибровки… Мы рассчитываем S-параметрытестируемого устройства

44. Зависимость динамического диапазона от частоты

45. калибровка SPARQи время измерения • Режим предпросмотра: Быстрая калибровка и малое время измерений • Режим измерения: Больше усреднений сигнала для лучшей достоверности. • Калибровка может выполняться перед каждым измерением без отключения/подключения тестируемого устройства

46. Результаты измерения SPARQ

47. Экран отображения SPARQ

48. Диаграмма Смита ∞ short 50Ω Measurements and Best Practice for Signal Integrity - TDR and S-parameter

49. Инструмент для оценки целостности сигнала, который вы оживали 1. измерение АЧХ в дифференциальном и несимметричном режимах до 40 ГГц 1 4 2. Смешанный режим измерения ослабления до 40 ГГц 5 3. ИР осциллограмма во время измерения 2 3 4. измерение ослабления в дифференциальном и несимметричном режимах до 40 ГГц 6 5. Режим отображения АЧХ 7 9 8 6. измерение сопротивления в дифф. и несимметричном режимах от длины линии 7. регулируемое время нарастания для всех доменов 8. до 16 одновременно индицируемых измерений 9. независимая растяжка на каждую осциллограмму

50. Конфигурирование результирующих осциллорамм • селектор S-параметров: • Выбор в зависимости от числа портов • SDxDyэто примечания LeCroy • SDDxyтипичное отображение • Но … если у вас >10 портов. • Что означает SDD111??? • селектор результата: • результат в частотной области • результат во временной области (Rho и Z только для S11, S22)