VNA矢量網絡分析儀校準
1. SOLT和TRL校準之間有什么差別?
矢量網絡分析儀要求在誤差校正測量前執行測量校準。對于二端口測量，確定響應校準套件的校準算法為SOLT或TRL/TRL*。
傳統的二端口校準通常用3個阻抗標準和1個傳輸標準定義校準參考平面。這些標準一般為短路、開路、負載和饋通，這就就構成了SOLT校準套件。
另一種二端口校準用最少的3個標準定義校準參考平面。TRL/TRL*校準套件中的饋通、反射和線路標準測量參數提供與使用不同算法SOLT校準同樣的信息。
根據所擁有的標準和網絡分析儀的功能，您可使用任一種校準套件。
在許多非同軸應用中，難以制作SOLT校準標準，如果不是不可能的話。而TRL/TRL*校準法能夠適應專門的或特定的同軸連接器校準標準。
SOLT、TRL和LRM有哪些優缺點? 參看校準方法比較表
2. 怎樣設計和驗證 TRL校準件
TRL校準原理
TRL校準是一種非常精確的校準方式，尤其適用于網絡分析儀的非同軸測量。下面您將了解有關 TRL校準的整個環節，從設計 TRL標準件的要求，到設計TRL校準件參數的確定，以及TRL校準件設計后的驗證。
我們大家都知道傳統的 SOLT校準，即短路-開路-負載-直通校準，SOLT校準操作方便，測量準確度跟標準件的精度有很大關系，一般只適合于同軸環境測量。
而 TRL(Thru, Reflect, Line)校準是準確度比 SOLT校準更高的校準方式，尤其適合于非同軸環境測量，例如 PCB 上表貼器件，波導，夾具，片上晶圓測量。SOLT校準通過測量1個傳輸標準件和三個反射標準件來決定 12項誤差模型，而TRL校準是通過測量2個傳輸標準件和一個反射標準件來決定 10項誤差模型或者 8項誤差模型，取決于所用網絡分析儀的接收機結構。
TRL 校準極其準確
TRL 校準極其準確，在大多數的場合中比 SOLT 校準準確多了。但是，很少有直接的TRL校準件存在，一般要求用廣根據所用夾具的材料及物理尺寸，工作頻率，來設計制造出相應的 TRL 校準件。
用戶使用網絡分析儀測量元器件時，采用不同的夾具，就要設計不同的 TRL校準件，因此，對于用戶來說，有一定的難度和挑戰性。但事實上，由于TRL校準的標準件不需要制作的像 SOLT校準的標準件那么精確，TRL 校準的精度只是跟TRL標準件的質量，重復性部分相關，而不是完全由標準件決定，因此，TRL校準的標準件跟 SOLT相比更容易制作，它們的特性也更容易描述。
1.TRL標準件的要求
1.1 TRL標準件的要求
通常來說，TRL 標準件的要求如下：
(1）直通標準件
電氣長度為0時，無損耗，無反射，傳輸系數為 1：電氣長度不為0時，直通標準什的特性阻抗必須和延遲線標準件相同，無須知道損耗，如果用作設為參考測量面，電氣長度具體值必須知道，同時，如果此時群時延設為0的話，參考測量面位于直通標準件的中問。
（2）反射標準件
反射系數的相位必須在正負 90度以內，反射系數最好接近1，所有端口上的反射系數必須相同，如果用作參考測量面的話，相位響應必須知道。
(3）延遲線/匹配負載
延遲線的特性阻抗作為測量時的參考阻抗，系統阻抗定義為和延遲線特性阻抗一致。延遲線和直通之問的插入相位差值必須在 20 度至 160 度之間(或-20 度至160度)，如果相位差值接近0或者 180 度時，由于正切西數的特性，很容易造成相位模糊。另外，最優的相位差值般取 1/4波長或 90度。
當工作頻率范圍大于81時，，即頻率跨度與起始頻率比值大于8時，必須使用1條以上的延長線，以使覆蓋整個頻率范圍。當工作頻率太高時，1/4波長的延遲線物理尺才很短，不好制作，這時候，最好是選拌非0長度的直通，利用兩者差值，來增大延遲線的物理尺寸匹配的阻抗同樣確立測量時的參考阻抗，同時，匹配負載在各個測試端口的反射系數必須相同。
1.2 TRL 標準件設計時的考慮
以上都是對 TRL校準件的通常要求，具體設計時，一般有以下考慮：
(1) PCB 上連接頭的—致性越好，損耗越低，TRL 校準件的效果就越理想。
(2) 直通標準件設定了參考測量面，如果是測量多端口器件時，直通標準件盡量長些，以減少連接頭之問的串擾，但是也不用太長，以免浪費空問。
(3）參考測量面最好定在直通標準件的中間，這樣的話電磁場相對參考測量面是對稱的。
(4）開路標準件實現起來最容易，但是由于開路標準件存在邊緣電容效應，所以我們必須通過測量或者 3D-EM 仿真來獲得開路標準件的邊緣電容。
(5) 短路標準件實現起來要麻煩些，因為要確切的知道放置短路標準件過孔的位置，保證過孔的邊緣剛好放置在短路標準件的末端。同時，短路標準件的好壞還取決于過孔的鉆孔技術,般說來激光打孔比普通的機械鉆孔技術要好很多
（6）負載標準件通過2個100ohm 的表貼阻抗來實現，般來說，設計一個低頻下的負載要比高頻下容易的多，這也是為什么高頻下設計校準標準件時要采用多條延遲線標準化的原因之
(7) 延遲線的相位跟信號傳播時的相速，對應頻率，有效介電常數有關。微帶線由于沒有一個固定的介電常數，所以必須使用有效介電常數來考慮空氣和 PCB板材混合后帶來的影響。
(8）設計時，多條延遲線的頻率范圍最好有重疊，這樣能夠保證多條延遲線能夠覆蓋我們要求的頻率范圍。
2 TRL標準件的設計
2.1 具體參數的確定
考慮設計一個基于 Rogers 4350 板材的 TRL 校準件，工作頻率范圍從 10 MHz 到20 GHz， Rogers 4350 板材的介電常數為 3.48+0.05，直通設計為非0長度，則各個標準件的具體參數如下圖所示：
TRL校準件中各個標準件的具體參數
從上表中我們可以知道各個標準件的實際物理尺寸，然后就可以開始在 PCB 上布局，布線，最后進行制板了，大致的效果如下圖所示。
TRL校準件PCB上布局效果圖
3 TRL標準件設計后的驗證
TRL校準件做好之后，我們就要開始驗證我們制作的 TRL校準件到底好不好。對于短路和開路校準件，我們只要保證短路或開路標準件在各個測試端口的反射系數相等就好了，至于開路標準件的邊緣電容，短路標準件的駐留電感，可以都設為 0；至于負載標準件，只要保證終止頻率時，阻抗能為 50 歐姆或者接近 50 歐姆就可以了；而對于直通標準件，就沒什么具體要求了。
TRI標準件設計后最重要的驗證是對延遲線頻率范圍的確定，由于要求延遲線標準件與直通標準件的相位差位手 20度到160度，所以我們可以通過 memorytrace 來測量出延遲線標準件與直通標準件的相位差，根據相位差從20度到 160度，我們可以確定相應的頻率范圍，如下圖所示，從圖了我們可以知道，Linel 的頻率范圍是從 101MHz 到 820MHz，滿足我們最初設計時對 Linel 的要求。同樣的，Line2 也是采用相同的方法來確定頻率范圍。此時，也能夠測量出 Line1, Line2 和直通標準件之間的時延差，這將會在新件 TRL校準套件時候用到。
通過網絡分析儀驗證 Line1 的頻率范圍
下圖是 Line1的時延測量值。
基于網絡分析儀驗證 Line1 的時延測量值
3. TRI校準的具體過程
TRL 校準
1 創建TRL校準套件
完成了 TRL標準件的驗證后，我們就可以開始創建新的 TRL校準套件，創建的過程很簡單，總的說來要注意以下幾點：
(1) 短路，開路，負載標準件都只需確定頻率范圍，以及連接頭類型。
(2） 直通標準件也只需確定頻率范圍，連接頭類型，同時時延為 0。
(3）延遲線標準件，需要確定頻率范圍，時延值，多條延遲線時，頻率范圍最好有交疊，來確保覆蓋整個頻率范圍。
下圖是一個創建 TRL校準套件的實例。
一個創建 TRL校準套件的實例
2 TRI校準具體過程
創建好 TRL校準套件后，我們就可以開始進行TRL校準了。具體的過程，網絡分析儀的校準向導會一步步指導我們如何操作。下面我們以 4端口校準為例，簡單的說明下如何進行TRL校準，下圖即 TRL校準向導的一個步驟。
TRI校準向導
TRL校準后的測量結果
被測件是 Display Port 電纜，長度為2米。根據 Display Port 電纜的指標，我們知道頻率不超過 300MHz 時，2米長的 Display Port 電纜，其損耗大概為 2dB，基本上是單位長度上的損耗為 1dB。下圖即 Display port 電纜測量的設置環境，兩塊PCB 板，剛好各自對應半個直通長度。
Display port 電纜測量的設置環境
從下圖中，我們可以得到 Display Port 電纜測量的最終結果，當頻率為300MHz 時，S21=-2.1110dB，接近-2dB，滿足相關指標。
基于網絡分析儀的 Display Port 電纜測量結果
TRL校準是一種非常精確的校準方式，尤其適用于網絡分析儀的非同軸測量。這里我們詳細探討了有關 TRL校準的整個環節，從設計 TRI 標準件的要求，到設計TRI 校準件參數的確定，TRI 校準件設計后的驗證，以及 TRI 校準時的具體過程，最后到完成這次非同軸測量，希望能為大家以后進一步研究 TRL校準提供相應的參考。
4. 如何重新定義網絡分析儀電子校準件？
您將了解如何重新定義電子校準件。日常矢量網絡分析儀的使用中，我們經常遇到電子校準件接口類型或公母頭類型和 DUT 不一致，導致需要額外的轉接頭，使得測試精度降低。或者需要使用轉接頭移除等復雜操作來去除額外引入的誤差。
重新定義電子校準件（ECal User Characterization）的方式，可以根據DUT接口來定義ECal的接口類型，在后續使用中就可以極大簡化校準過程，保證校準精度。
問題描述
使用者已有N4693D（2.4mm female- 2.4mm male, 50GHz）的電子校準件，但是使用者的被測件接口是2.92mm(40GHz)，且都是陰頭（female），客戶的矢網端口已經通過接口轉換，電纜接口變換為2.92mm male。
如下示意圖，是描述如何對現有的 N4693D（2.4mm female- 2.4mm male , 50GHz）進行"Characterize ECal", 這樣做的目的是重新定義ECal，將原有2.4mm接口的電子校準件定義為帶有2.4mm-2.92mm轉接頭的電子校準件（40GHz，2.92mm接口），方便后續校準，不需其它復雜操作，減少誤差引入。推薦閱讀：
具體過程包含如下3步：
1.在設置矢網后，并對矢網 2.92mm接口用其它 2.92mm機械或電子校準件進行全雙端口校準（該 2.92mm校準件只需要使用一次，后續校準過程中不需要，所以可以通過短暫借用別人的 2.92mm校準件來使用）：
2. 對需要重新描述（定義）參數的 ECal，接口進行轉接到目標接口類型，如下所示，ECal校準件左右安裝了轉接頭到2.92mm（female）,這樣原有 N4693D和轉接頭結合在一起，經過重新定義（表述）后就是一個2.92mm接口的 ECal：
3. 對需要重新描述（定義）參數的ECal（第2步準備好的），使用第1步中準備好的矢網進行測試，最終獲得重新定義ECal的數據并盡量保存在矢網的硬盤中（VNA Disk Memory）,不要保存到ECal內的ECal Module Memory（這種操作會對ECal內部存儲的數據擦除并重新寫入新的數據，有可能會有損壞ECal的風險）；
如下舉例，具體過程如下
(將原有的電子校準件N4691D，3.5mm, Male-Female；定義并描述為N4691D，3.5mm, Female- Female的電子校準件，通過校準后，矢網就可以直接用來測量（3.5mm,SMA,2.92mm，20GHz）Female- Female的被測件了)：
1. 在把N4691D（3.5mm Type , Male-Female）校準件重新定義為N4691D（3.5mm Type, Female- Female）的校準件前，先用機械校準件在3.5mm -male 的測試線纜端面進行2 port校準，這里作為例子，并保存成Cal Set " 85021-2portCal-10MHz-20GHz"。
2. 啟動"Characterize ECal"
3. 選擇ECal重新定義數據的保存位置為儀器內部硬盤“Instrument Disk Memory”，這個是要非常重要（否則有可能將N4691D 內部存儲的校準數據擦除），然后對重新定義后的校準件添加簡單描述；
4.選件接口類型（這里選擇為 APC 3.5 female），如果要定義為2.92mm型接口，則可以選擇2.92 mm female。
5. 選擇之前使用機械校準件保存的Cal Set“85021-2portCal-10MHz-20GHz”
如果有如下提示,選擇第一項：
6. 如下提示,將Port1 和A口，port 2和B口連接，并測量：
7. 為新定義ECal添加新的描述：
8. 重新檢查，電子校準件測量的描述數據將被寫入到PNA(指當前的儀器）硬盤中，點擊“Write” Ecal 被重新定義的數據就寫入到了硬盤中，并顯示總體信息：
9.使用該重新定義的ECal：啟動校準向導：
選擇DUT接口類型，選擇新定義的校準件：
10. 校準后，驗證，測試一個3.5mm female-female的轉接頭性能，該轉接頭性能之前已經評估過，延時81ps，這里驗證也是非常吻合。
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