在診斷或修復RF信號通路的問題時,微同軸“尾纜”是一種非常有用的工具。如果恰當使用,它們可用來表征5GHz以上網絡的特性。本應用筆記概述了微同軸“尾纜”的多功能性及其技術的合理應用。
在射頻設計、調試中面臨的挑戰之一是準確測量沒有接線端的信號通道參數,例如:測量輸入端連接在雙工器、輸出端連接在低噪聲放大器(LNA)狀態下的濾波器的插入損耗(S21);或者測量功率放大器(PA)的輸出功率和線性度,而此功率放大器的一端連接在雙工器,另一端連接在發送驅動器上。這兩種假定情況及其它許多情況,都需要使用一段半剛性微同軸電纜,也稱其為“尾纜” (pigtail)。
半剛性微同軸電纜可從多種途徑獲得,并提供多種特征阻抗。對于50Ω應用,從纖細柔軟的8mil外徑(0.203mm)到結實的250mil外徑(6.35mm),有各種各樣的尺寸規格。這些電纜可以直接焊接在信號通道,臨時用來測試主要參數,即使電路沒有設計用于這種測量。
在前面提到的假設情況中,如果懷疑聲表濾波器的插入損耗有問題,首先要切斷這個器件的輸入和輸出通道,然后焊接二個微同軸電纜到電路板,對器件進行簡單的雙端口測試。這種測試可以準確得到器件在電路板上所表現的性能。例如PCB布板有問題時,S21會明顯比廠商提供的標稱參數高。同樣的測試技術用于功率放大器,可以在沒有外加其它電路的情況下測試和優化功放電路。在測量中可以消除發射雜散,識別出輸入或輸出端的阻抗不匹配,比較清晰地判斷出布板問題,以及進行全面的測試來診斷問題。
為了正確使用尾纜(pigtail),須遵循一些指導性原則。首先,要考慮待測信號的頻率。手工制作電纜,同軸連接到SMA邊緣安裝連接器,這對高達2GHz的信號測試可以接受。但是,對于2GHz以上的信號,由于SMA至同軸電纜的轉接,回波損耗和阻抗變為不可預知的因素(圖2a、2b)。對于更高頻率,最好用圖1和圖3所示的"密封"電纜組件。密封電纜可以從常用器件和設備供應商那里找到。從中間切斷這些電纜可以得到2根尾纜。
圖2a. 手工制作的微同軸電纜,測試頻率可達2GHz至3GHz
圖2b. 手工制作的微同軸電纜(PCB端接阻抗為50Ω)的回波損耗(S11)
圖3. 密封微同軸電纜的回波損耗(S11)
采用盡量短的電纜以盡量減小插入損耗,同時,減小電纜端突出的中心線長度也很重要。多余的電纜長度和突出的中心線會明顯影響尾纜的回波損耗(圖4a、4b)。
圖4a. 過長的中心導線是有害的
圖4b. 中心導線過長時的回波損耗
當準備測試時,另外一個需要考慮的因素是尾纜連接處的直流電壓。值得注意的是,很多頻譜分析儀(和其它設備)會被直流電壓損壞。因此,需要在測試之前切斷傳輸路徑,在尾纜和被測器件間加一個隔直電容。
最后,還要考慮接地問題。如果PCB地線焊接處有阻焊劑,要用X-Acto?刀片刮掉阻焊劑,焊接地線。與地平面的連接需重視屏蔽問題,不管從射頻角度還是從機械角度考慮都是如此。在測量過程中,接地不可靠會帶來極其嚴重的后果,如牽拉PCB走線或損壞隔直電容。
采用上述方法,可以利用微同軸電纜檢測傳輸通道的一些特殊參數。利用低價位的工具優化阻抗匹配,查找系統中存在插入損耗、隔離問題的電路,優化系統設計。
審核編輯:郭婷
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