多埠網路分析快又準　PXI網路分析儀露鋒芒

舊有量測方案費時費力

傳統的多埠網路分析方法包括使用具備外部切換矩陣的VNA。利用這種多埠解決方案，來自2埠或4埠VNA的訊號，可透過外部切換矩陣中的射頻(RF)切換器來對外發送，然後藉由選擇切換埠，依序選出需要的量測路徑。工程師可視量測效能要求而使用固態或電機式切換器。

儘管此切換式解決方案能讓工程師以極低的成本增加VNA連接埠數，但它有不少的缺點。首先，此方法仰賴序列量測來獲得多埠待測物(DUT)的所有S參數。為量測完整的S參數，須執行多次頻率掃描，因而耗費許多時間，並導致生產測試的速率變慢。

更嚴重的是，相較於單機式VNA，切換矩陣的衰減還會使系統效能下滑(例如動態範圍、軌跡雜訊以及溫度穩定性)。在10GHz以上的高頻應用中，效能下滑的問題更為嚴重。由於多埠元件仍然是市場主流，上述缺點讓許多測試工程師迫不及待想尋找替代的解決方案。

尋求更佳解決方案勢在必行

拜VNA科技進步及模組化PXI儀器之賜，今日的測試工程師擁有更卓越的替代解決方案，可協助他們快速執行準確的多埠網路分析。這種方法可增進產能，而且提供比傳統切換解決方案更靈活的配置。該解決方案仰賴以PXI平台建置的VNA，可針對多埠量測進行配置，而且無需任何外部切換器。

PXI平台賦予VNA更大的靈活性和擴充性，讓工程師能針對不同埠數的DUT(如2、4、6或最多32埠)，進行各種不同的量測配置。使用PXI平台亦有助於節省空間和成本，同時還可確保高速、準確量測所要求的高效能和速度。

圖1最左邊的方塊圖為針對多埠量測進行配置的VNA。圖中所示的全雙埠PXIe VNA可插入單一PXI插槽。工程師可在同一機箱內使用多個PXI模組將其配置為多埠VNA，並使用跳線交互連接機箱內的模組，以便讓用於多埠量測的LO、參考及觸發訊號維持同步。此處假設每個VNA測試埠都配有可用於多埠量測的獨立參考與測試接收器，可同時擷取所有量測路徑的S參數。

圖1 上圖為基於PXI平台的多埠VNA解決方案方塊圖，其中是德(Keysight) M937xA系列PXIe VNA採用多埠配置。下圖為具有8個M937xA模組的16埠VNA配置。最多16個M937xA模組可配置為一個多埠VNA，可量測具有全修正、最高達26.5GHz的32埠DUT。

使用這類多埠測試解決方案讓測試工程師擁有許多重要優勢。例如，透過多台接收器同時擷取資料的能力(而非進行序列量測)，可實現更高的量測速度，進而提高整體測試速率。測試工程師只需單一PXI機箱，便可同時量測多個待測物，如此有助於降低測試成本。在此配置中，DUT與量測接收器之間並無衰減，因此多埠量測極為準確而且穩定。事實上，該解決方案使用外部切換器，不會有任何損耗，其效能因而優於單機VNA。

該測試系統的動態範圍是其顯著的效能優勢。在高頻範圍內，多埠VNA的動態範圍比切換式VNA大得多。亦即使用多埠測試系統時，工程師可選擇更大的中頻頻寬(IFBW)，以達到相同的軌跡雜訊。若動態範圍增加20dB，可選擇一百倍寬的IFBW，以便將量測速度提高一百倍，如此一樣具有相同的軌跡雜訊，並獲得相同的量測結果。

善用多站台功能提升測試速率

PXI式VNA解決方案優於傳統VNA的另一項主要優勢是，可輕鬆完成多站台或平行量測，亦即使用相同的測試站，同時測試多個DUT。PXI VNA的多站台量測功能，可同時掃描多埠元件的不同量測路徑(如高頻與低頻)。不同於使用切換式解決方案，PXI式VNA可同時測試多個裝置或不同裝置(圖2)，例如可同時使用單一PXI控制器中的多個PXI模組來測試具有2埠、4埠或更多埠的DUT。此外，還能使用最佳化的激發設定(如頻率、功率位準、IFBW、點數等)，同時量測不同的裝置，或單一多埠元件不同的量測路徑，以提高製造測試的整體量測速率。

圖2 PXI VNA提供靈活的配置，例如使用單一多埠VNA進行多埠量測，或是使用單一機箱內的多個VNA進行多站台量測。利用多站台量測功能，工程師可同時測試多個裝置(左)，或同時測試不同裝置(右)。工程師可視DUT需求，使用兩個或多個連接埠來配置多站台VNA。

藉由同時掃描多埠DUT，不僅測試速率倍增，還可降低製造測試成本及測試站的資本支出，並且為設計工程師提供比傳統解決方案更大的彈性。

新舊對比　多埠VNA解決方案勝出

進行多埠量測時，馬上就能列舉出PXI多埠VNA解決方案，優於傳統切換式解決方案的主要優勢，但證據存在於每個解決方案如何執行這些量測的細節中。例如，具有切換矩陣的2埠VNA需要在兩個連接埠上進行正反掃描，才能完成2埠校驗，若使用具備切換矩陣的4埠VNA，則須在每個測試埠進行四次序列量測掃描，以套用多埠誤差修正。而多埠VNA則是透過多個接收器擷取資料，每個測試埠配備一個，因此可用超快的速度、以極少的掃描次數來完成量測。

以下為從另一個角度來看的範例。若要使用具備切換器的2埠或4埠VNA來量測8埠裝置，則須分別執行56次及24次掃描，才可量測到所有S參數。使用多埠(8埠)VNA時，相同的量測可能僅須8次掃描。隨著DUT的埠數增加，差異也就越大。例如，若要量測24埠裝置的所有S參數，2埠VNA可能須要掃描552次、4埠VNA可能須要掃描264次，而多埠(24埠)VNA僅24次(圖3)。

圖3 多埠VNA可用更快的速度、極少的掃描次數，完成所需的量測。

接著，可思考溫度穩定性問題。切換式測試系統的切換矩陣如使用固態切換器時，系統會受到環境溫度變化的影響。要修正切換造成的漂移誤差，則須執行頻率校驗。而相同情況並不會發生在VNA多埠測試系統，因為它毋須使用外部切換器，可減少定期重新校驗多個測試埠的需求，且在某些情況下還可排除此需求，進而大幅縮減整體量測時間。

隨著元件的埠數越來越多，工程師對快速準確的多埠網路分析的需求，將變得更為迫切。現在，基於PXI平台的多埠VNA解決方案，可為工程師提供更出色的效能、速度、多站台量測功能以及靈活性，使其能夠執行快速可靠的多埠元件測試。在量產測試中，這樣的功能是大幅增進量測速率的關鍵要素。

(本文作者任職於是德科技)