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測試與測量  

如何讓你的RF儀器發揮最大效能?

上網時間: 2012年02月08日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:RF儀器  量測  效能  實作  NI 

本文由 NI 提供

新款 RF 儀器均具備絕佳的精確度與量測功能,已大幅超越之前的產品,但若訊號無法達到一定品質,這些儀器亦無法發揮其效能;聲音量測實作與相關要素,將可讓使用者完全了解自己投資的 RF儀器

進行穩定的 RF 量測作業

在理想狀態下,應可輕鬆進行 RF 量測作業,但實際上卻有著許多難題;目前既有的 RF 儀器即可滿足主要的 RF 量測作業,如功率、頻率與雜訊,但「獲得結果」不見得就是「獲得正確的結果」。若能於 RF 量測作業中建構最佳實作範例,就能確保獲得穩定、精確,且可重複使用的量測結果。

先了解術語

諸如「精確度」、「可重複性」、「解析度」,與「不確定性」的術語,均往往於 RF 應用中遭混用或誤用,反而降低了量測的正確度。在進行 RF 量測作業之前,必須先了解重要術語,還有其正確的對應文字。

相較於類比量表而言,當要於類比量表上分辨正確讀數時,儀器的數位顯示方式絕對要簡單許多。然而,若數位顯示器呈現小數點後 3 位的數值,則使用者亦無法了解儀器或量測作業的解析度與精確性。

即便可顯示數千個 dB 的功率,或到小數單位的 Hertz 頻率,亦不代表該款儀器就能量測數分鐘之內的變化,所顯示的位數應要能超過儀器的量測功能所及。為了完整了解 RF 儀器的功能,應隨時參閱規格說明或資料,正確的術語定義,將可減少使用者對量測作業的疑慮。接著列出常見的數個關鍵術語:

˙解析度 (Resolution)──儀器所能確實偵測的最小變化量 ;

˙可重複性(Repeatability)──在相同條件與結果之下,可重複進行的量測次數;

˙不確定性(Uncertainty)──將測得的未知絕對值予以量化 ;

˙精確度(Accuracy)──儀器在已知誤差範圍內所能測得的參數實際/絕對值。

若能預估錯誤資訊來源,往往就能決定量測作業的不確定性。除了上面提到的術語之外,亦可至 National Institute Standards and Technology (NIST) 或其他標準機構,找到相關規格說明文件。可追蹤性 (Traceability) 則可確保所有量測儀器均是以常見標準所定義。

而「規格 (Specification)」則是由測試設備的保證效能,並可由 NIST 追蹤相關校準認證。「典型、常見 (Typical)」意指已完全測試的效能,但並未納入量測的不確定性。「名目、表列 (Nominal)」效能為輔助資訊,而並非所有儀器都經過此項量測。

精確度為儀器在已知誤差範圍內所能測得的參數實際/絕對值,亦即所謂的 X plus 或 minus Y。若沒有某些誤差限制與單位,則量測值「34」並無任何意義。同樣的,僅有「5」的誤差規格亦無任何意義;但「5%」的誤差規格亦無意義。

「5%」可代表「±5%」,亦可為「+3%」或「-2%」;舉例來說,精確度的正確表示方式應為「34 V +/- 1 V」、「34 V +/- 1%」,或「34 V +2/-1 V」。進一步了解 RF 量測術語,則可更熟悉其意義。若要能與別人精確溝通量測作業,則應先了解相關結果。

了解自己的受測裝置

受測裝置(Device under test,DUT) 可能大幅影響 RF 量測作業。舉例來說,溫度就可能影響穩定性與可重複性,許多 RF 裝置與儀器並不會自行補償溫度變化,因此必須先穩定溫度,才能將量測作業的漂移錯誤降至最低。還有立即的環境影響(如是否有空調循環、是否加蓋與嵌板、處於室內或室外、是否靠近熱源) 均應納入變數考量,並應注意暖機次數、DUT 冷卻條件,與週邊環境,與保持穩定的溫度。

在主動式裝置中,多餘的功率可能造成裝置發熱;以高功率的放大器為例,DUT 本身可達穩定的溫度,但後續的元件就不一定,銜接放大器輸出的切換器與衰減器就常有升溫現象。這時就可能要找出由放大器所產生的不定訊號,如諧波。

電源供應線可能產生環境雜訊,並直接影響輸出;而當放大器處於壓縮狀態時,若量測其線性參數 (增益與相位) 亦將無法得到相關結果。因為所有因素均將影響 RF 量測作業的精確度,在量測裝置之前,先行了解 DUT、作業方式,與其對 RF 量測參數的影響,才能獲得有意義的結果。

找出不確定性的範圍

若要比對 RF 測試設備的規格與 DUT 的量測需求,亦略顯不足;若 RF 量測作業的頻率較高,而儀器又較不符合所需規格時,更加擴大不確定性的範圍。接著各個量測步驟均可能發生錯誤,進而影響整體結果。當進行錯誤量測時,應先找出量測作業的可能錯誤,再找出可能影響的 DUT。

使用者應了解儀器的重要操作規格,還有各個量測步驟所牽連的裝置 (包含 DUT 在內);而其他相關規格則應了解配對、功率、頻率響應與雜訊係數。亦應了解所有參數的容錯範圍,並記住如下的參數:

˙RF 切換的可重複性、老化程度,與功率承載;

˙耦合器的方向係數,連接線的相位穩定性,還有轉接器的插入(Insert)損耗與折返損耗 (Return loss);

˙電路板線路的阻抗品質、介面卡插槽,與電路板的傳輸開關情形 ;

˙量測作業的電磁波干擾(EMI)強度。

並未正式納入考量的還有冷卻、諧波、混附訊號(Spur),與其他非線性動作,均可能影響量測作業。可查閱整體設定情形,再找出各個部分的誤差幅度,以得到量測不確定性的實際數據。另應找出錯誤來源,以了解其對精確度、可重複性與不確定性的影響,如此將可得到更精準的量測結果,並可高效率決定預算與資源。

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