測試系統的開關構造(06-100)

　　一般，完整的開關模塊表征參量是隔離、返回損耗和插入損耗。實際中，用向量網絡分析儀來測量模塊或個別繼電器的性能，能很快地提供完整的S參量信息。可從S參量推導出隔離和損耗量。

　　往往要做一定的簡化。例如，一個繼電器從輸入或輸出看，物理上是相同的，則從輸出到輸入傳輸S12和從輸入到輸出傳輸S21將是相等的或非常接近于相等。

　　在無線電測試裝置中，500MHz開關性能指標大大超過90.1MHz最高信號頻率。然而，對于RF應用，帶寬的開關性能指標才是關鍵。例如，開關如何良好地與測試系統的50歐姆特性阻抗匹配？不好的匹配等效于大的電壓駐波比(VSWR)，這會導致駐比圖形反射和失真的測試信號。

　　PXI-2593的VSWR(DC到200MHz)保證小于1.4：1。其典型性能圖示出，VSWR僅大于1.1:1。VSWR=(1＋|Г|)/(1-|Г|),式中1Г1是反射系數值。對于這些VSWR限制，其相應的輸入反射系數范圍是0.167~0.048,或17%~5%左右。

　　往往標出返回損耗而不是反射系數。返回損耗＝-20log(|Г|),對于無線測試例子，它是15.5dB~26.4dB。此值越大，意味著通過開關的功率與反射功率之比就越大。換言之，較大的返回損耗值，意味著更多的輸入功率呈現在輸出。

　　考慮在相同VSWR范圍內的插入損耗。假若由于在輸入端的反射使信號功率損失16.7%，則83.3%信號功率到達輸出。0.833：1比是插入損耗計算的基礎。插入損耗＝10 log(輸出/輸入)。對應于1.4：1和1.1：1 VSWR插入損耗分別為0.8dB和0.2dB。典型的性能圖示出在100MHz插入損耗為0.2dB。

　　隔離

　　當開關打開和信號通路完全切斷時，信號的一小部分仍然會耦合到輸出。隔離描述輸入信號功率耦合到輸出的部分。隨著頻率的增高，開關隔離會降低，這是因為跨接斷開接點處的電容所致。然而，不同的繼電器具有足夠低的電容支持開關轉換1GHz或2GHz信號，甚至高達40GHz的信號。

　　例如，最高密度的開關模塊采用小的簧片繼電器作為開關器元件。簧片繼電器除小型特點外，還具有非常好的可靠性、低成本、指標范圍寬的特點。因為在玻璃管中兩個簧片彼此靠近，開關打開的最小電容大約為0.2pF。

　　有一種BGA封裝的繼電器，是專門為匹配50歐姆傳輸線而設計的無引線器件。BGA繼電器的輸入和輸出信號通路設計成RF傳輸線，貫穿繼電器的RF阻抗近50歐姆。這種繼電器雖然有11.5GHz，-3dB帶寬，但在5GHz其隔離僅為10dB。盡管此繼電器具有良好的匹配特性，產生良好的返回損耗(1GHz時35dB，5GHz時20dB)，但當繼電器打開時，有10%的輸入信號漏到輸出(在5GHz)。

　　用于討論隔離的電容耦合模型由下列部分組成：一個開路接點上的電壓源、跨接在接點上的雜散電容、另一個接點到地的50歐姆負載。基于這種非簡化的模型，0.28pF電容對應10dB隔離(在5GHz)或41dB隔離(100MHz)。

　　PXI-2593 多路復用器的隔離沒有規定，但通常在100MHz，其隔離大于90dB。在性能指標中注明繼電器的類型是機電鎖存繼電器。這種高頻機電繼電器(如G6Y)在900MHz，至少可提供65dB隔離。盡管PXI-2593多路復用器不采用簧片繼電器，但在高頻達到非常高的隔離是可能的。兩個繼電器與第3個繼電器串聯的T形配置，從中間點到并接電容耦合信號到地。這種方法需要3個繼電器，而串聯的兩個繼電器失配，將使整個插入損耗變壞。

　　為了在非常高的頻率實現良好的損耗和隔離利用段時間來確定相干取樣頻率。再次考察相同的8位圖形，將數據分為兩段(圖2)。由于分段的緣故，數據取樣不再按正常的時間順序排列，而是交錯地進行的，因此取樣波形是在采集完成后重新排序獲得的。CIS的取樣速率由下式給出：

　　SR=KN/Tb(NL+K)

　　因子K是可變的，對任何們長度和速率能保持10MS/s的取樣率。
  
　　近實時取樣示波器

　　NRO采用CIS技術，取樣器鎖定在從輸入信號中恢復的時鐘上，取樣速率略低于10MS/s，這樣取樣速率不是數據速率嚴格的整分數倍，讓取樣在圖形的同一時間點上重復進行。示波器連續地捕獲數據，并將數據存儲器長度為4M點，最長可達512M點。

　　如上分析表明，NRO不是順序地采集數據的，需用記錄數據重新排序后來重構波形。由于數據采集技術的差異，CIS方法采集數據至少比順序取樣技術快50倍(10MS/S對于200KS/S)；數據點多1000倍(4M點對4K點)。NRO的有效帶寬在20GHz-100MHz。

　　NRO通常用來捕獲重復的數據圖形。但也可以對非重復的信號(包括現場的串行數據流)進行眼圖的測試和抖動測量。CIS時基的取樣脈沖與時鐘信號鎖相的，CIS時基的RMS抖動一般小于600fs，可選購的高穩定時基則能提供小于200fs的RMS抖動。在CIS模式中，4M點基本存儲長度可以在長串行數據碼型上完成抖動成分的分解；存儲長度擴展到512M點時，更能捕獲，顯示、測量近數百萬位的碼型。(東華)