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冲孔网版关键词:精密冲孔网 标题:精密步进衰减器校准 来冲孔网版源:知乎 文章内容: 本文介绍了一款用于精密衰减器校准的自动化并行中频替代系统，该系统已经投入使用15年，可显示高精度衰减器的测试结果。 校准系统是为了对合成器中的步进衰减器进行校准而设计的。通过分析多年的数据可知，该衰减器具有极高的精度。该系统经过不断的改进，现可对其它几款步进衰减器进行十分精确的校准。所显示的数据帮助用户树立了对系统和衰减器精度的信心。 1978年，用户要求验证在全新合成器中的衰减器精度。作者尝试使用现有的手动 方法进行衰减器校准，但过程非常不乐观。为此，厂商着手开发自动化校准系统。自此以后，自动化校准系统开始投入使用，并在近些年里做出了一些改进，可对许多精度极高的衰减器进行校准。本文介绍了这个系统以及实现高精度的必要考虑因素。市面上已有一份标准化的技术资料，许多衰减器都根据这份技术资料进行测量。本文还提供了来自于90％的衰减器的数据图表和直方图。这些数据证明了校准系统的能力，并且表明了精心设计的衰减器能够显示极小的误差。 --- Bill Bruce 惠普公司 系冲孔网版统的描述和基本操作 自动化校准系统采用并行中频替代法。这个方法能够获得极高的精度和很宽的动态范围。可编程的比率变压器用作系统标准。该系统覆盖了0.3 MHz至80 MHz的频率范围，衰减范围是0 dB日至100 dB。若与无混频器配置的装置建立连接，系统也可覆盖1 kHz频率。 图1为系统的方框图。系统的操作可与超外差无线电接收机媲美，后者使用1 kHz中频且能够精确测量输入信号电平的变化。将两个信号馈送至双平衡混频器，一个信号来自固定电平的本地振荡器，另一个来自射频源（锁相至本地振荡器）。图2显示了系统照片。 图1. 系统的方框图 图2. 系统照片 射频源信号在进入混频器射频输人端之前，先要经过被测衰减器。在信号路径中放入适当的填充物，可最大程度地降低阻抗失配引起的不确定度。在所有频率上，混频器输出应当端接至特性阻抗。可在混频器输出上进行低通滤波，以避免LO馈通和多余的混频器产物引起检波器的异常响应。使用简单的“常数Z”双阶低通滤波器可以完成这两项操作，其中第一阶段fc是在32 MHz, 第二阶段是在32 kHz。 图3显示了滤波器的细节。 图3.“常数Z”低通滤波器的设计 检波器输入经过开关，可选择混频器中频输出或比率变压器输出。比率变压器由稳定的交流电压源在1 kHz上驱动，在比率变压器输人上进行远程传感。交流源的负载调节必须足够抵消反映负载（随着变压器比率的变化而）变化时的影响。比率变压器的输出上有一个100kΩ至50Ω电阻分压器。 下面描述了系统的一般操作。首先，把被测器件（DUT）设置在参考位置上，由检波器读取中频。参考设置通常为零，其它的设置可以调节。其次，把检波器输入切换为比率变压器输出，在定义窗口中调整比率，以获得相同的检波器读数。随后，把被测器件设为第一个步进（例如10 dB），重复匹配过程，得到第二个比率。衰减是20 log（比率2/比率1). 请注意上述步骤会为被测衰减器生成误差数据，误差以零（或其它特定值）设置为参考。在零设置中，插入损耗的实际值没有测量。如需测量插入损耗，应当使用无损“直通”连接来设置参考，并且连接和测量测试器件。系统要求是测量相对于零设置的误差。 其它的系统考虑因素 并行中频系统标配有可编程的比率变压器，在近似1 kHz频率上操作。比率变压器作为系统的基础，可从比率变压器中导出所有的测量。必须根据可追溯标准对其进行定期检查。六位数比率变压器与中频匹配的实际冲孔网版范围由指定分辨率和额定比率所决定。对于0.001dB 分辨率，量程为40 dB左右。为使系统能够校准40 dB以上的被测器件衰减器，有必要使用一个步进（或40 dB)设置第二个参考电平。通过把被测器件的输入信号电平提高40dB，可使检波器电平非常接近第一个0 dB参考的电平。请注意，对于40 dB至80 dB的被测器件范围，检波器和混频器的操作范围与测试0 dB至40 dB时的范围相同。把第二个参考设置中的误差添加到后续步进的测量误差，把这些误差作为零设置的参考。 如果最低的检波器信号远远高于本底噪声，提供可接受的细微噪声误差，则可测得20 dB的被测器件衰减。使用系统参数时，衰减的总范围是100 dB，不确定度会在100 dB附近有所冲孔网版降低。为覆盖80 dB至100 dB的范围，用于驱动比率变压器的交流校准器向下切换到20 dB。通常，衰减值较大时，它的不确定度要求不如低衰减值那样严格，与系统性能非常匹配。 在使用参考完成所有的步进测试后，再次测量参考电平，以确定电平是否改变。参考可重复性作为不确定度预算的一部分，必须处于可以接受的范围内。参考电平的变化有多个原因，涉及到了被测器件和系统。其中包括射频源的漂移、开关接触的不可重复性在测器件或系统中）、连接器的电阻变化、自热效应。 步进衰减器始终存在一定程度的接触电阻不可重复性。图4把接触电阻变化与衰减变化联系在一起。系统完成表征后，参考变化能够清晰地反映被测器件中的开关接触问题。 使用昂贵的、具有出色隔离度的高品质SMA同轴继电器，可在中频和比率变压器之间切换检波器。即便继电器具有很高的隔离度，但器件接触电阻的可重复性还有需要改进的地方。使用精密型数字万用表可以获得有关继电器触点性能的数据，在连接器中进行4端子电阻测量。鉴于1 kHz中频不需要保存50Ω几何构造，价格低廉、接触面积较大的功率继电器（安装在屏蔽盒）能够提供出色的性能。接触电阻的可重复性已经测得。在50Ω系统中的切换不确定度预计低于 0.001 dB。隔离度是充足的。如果隔离度不足，那么中频或比率变压器的输出信号在检波器输人上会降低电平，由此将会产生问题。 1 kHz中频要求使用高质量的合成器。合成器的相位噪声会导致载波附近出现多余的边带能量，这种能量必须控制在很低的程度，以免带来不利影响。 为了使系统内的接地回路电流降至最低，应当使用两个同轴扼流圈。每个扼流圈包含大约16匝0.141英寸的半刚性同轴电缆，以环形缠绕。在（被测器件和混频器之间的）射频路径中的扼流圈具有压粉铁芯，在中频路径中的扼流圈具有高导磁率的带绕磁芯。另一种防止接地回路电流加大的方法是使用双屏蔽隔离变压器，将其插人到比率变压器输出和中频比例开关之间。 （在电源和检波器之间）同轴路径外部导体中的接地回路电流会导致测量衰减出现误差，尤其是在低频和大衰减设置。参考(第218页）探讨并分析了“典型衰减器”问题。一些步进衰减器也存在同样的问题，可能是由内部接地问题引起的。 检波器(HP3581C）采用自动频率控制，可将中频通带固定在输入信号的中间。由此，中频和比率变压器的输出频率略有不同，但不会影响检波器性能。检波器具有可选的中频带宽，通常设在30Hz。音频变压器用于改善50Ω系统向高阻抗检波器输人所传输的功率。由于检冲孔网版波器只需测量两个几乎相等的电平（中频和比率变压器数据），因而它的线性度不会影响系统精度。系统必须根据需要进行调整，从而使检波器测得的最低电平足够高，且输入噪声(RMS添加至信号）明显低于冲孔网版输入信号。数字万用表能够读取检波器的直流输出，通过HP-IB接口把读数发送至控制计算机。HP 3581C不具备远程可控的输人衰减器，当电平发生改变时，它需要人工操作。位于匹配变压器之前的程控50Ω步进衰减器能够冲孔网版避免人工操作，但由于检波器始终设置在最大增益，信噪比将会降低。 除了前文提到的AFC功能之外，检波器还要满足几个主要要求：可重复性（短期稳定性）、足够的分冲孔网版