自動(dòng)端口延伸是一種對(duì)夾具的損耗和時(shí)延進(jìn)行補(bǔ)償?shù)暮?jiǎn)單方法，可以處理單端口夾具。另一種補(bǔ)償PCB或其他夾具損耗的常用方法是：制作一個(gè)跟DUT夾具一樣 的測(cè)試夾具，但提供一個(gè)直通連接。最簡(jiǎn)單使用直通夾具進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ怯猛S校準(zhǔn)件(如SMA)進(jìn)行校準(zhǔn)，然后用Data->Memory和 Data/Memory的功能將跡線用直通響應(yīng)歸一化。盡管這在一定程度上起到了歸一化的作用，但測(cè)試夾具輸入端和輸出端的失配會(huì)導(dǎo)致較大的測(cè)量誤差，在 傳輸測(cè)量中會(huì)高達(dá)+-1dB。最近幾年，高級(jí)的自動(dòng)夾具移除(AFR)技術(shù)不斷涌現(xiàn)，它們利用PCB夾具的時(shí)域測(cè)量來(lái)補(bǔ)償輸入端和輸出端的失配以及損耗， 即便輸入端和輸出端的失配不相同也可以工作。

時(shí)域夾具移除法的第一步是測(cè)量直通夾具的時(shí)域響應(yīng)，如圖1所示。盡管夾具可能只在窄頻帶內(nèi)使用，為了得到最佳時(shí)域分辨率，仍應(yīng)在盡可能寬的頻率范圍進(jìn)行測(cè) 量。響應(yīng)的峰值顯示了夾具的總時(shí)延，或者可以用群時(shí)延響應(yīng)的平均值。很多情況下，輸入和輸出夾具都被設(shè)計(jì)成相等的長(zhǎng)度，DUT的參考平面在夾具的中心。

圖1 夾具的時(shí)域傳輸響應(yīng)

在確定了夾具的總時(shí)延之后，我們測(cè)量輸入端和輸出端的時(shí)域響應(yīng)。圖2顯示了直通夾具的時(shí)域響應(yīng)(T11)。寬的灰色跡線是總體的T11，深色的細(xì)線是時(shí)域 選通后的T11。直通的時(shí)域響應(yīng)顯示了輸入端有一個(gè)容性不連續(xù)點(diǎn)，輸出端有一個(gè)感性的不連續(xù)點(diǎn)。最好把時(shí)域選通設(shè)置為以第一個(gè)反射為中心對(duì)稱：計(jì)算第一個(gè) 反射(約為46ps)到直通中心(909ps)的時(shí)間差并將其從第一個(gè)反射處剪掉，設(shè)置的選通起始時(shí)間為-817ps。選通后的S11響應(yīng)顯示為窄的深色 跡線。可以看到在選通截止之后，跡線為一個(gè)常數(shù)值。它與基線的偏差是夾具傳輸線的DC損耗造成的;對(duì)夾具檢查之后發(fā)現(xiàn)約有1.5ohm的DC損耗，可以等 效為0.015的反射系數(shù)，幾乎與圖2上顯示的偏差一致。

這個(gè)選通響應(yīng)表示左側(cè)夾具的S11的時(shí)域測(cè)量。

圖3中，淺色的窄線表示直通夾具的總體響應(yīng)(DUT被直通代替的夾具)，它有較大的波動(dòng)。同時(shí)顯示了直通夾具的S11選通響應(yīng)，S11A(深色跡線)，以及獨(dú)立測(cè)量得到的夾具A的實(shí)際S11A(寬的淺灰色跡線)。能明顯看出選通響應(yīng)與夾具的實(shí)際響應(yīng)非常接近。

圖2 直通夾具的時(shí)域響應(yīng)(灰色，T11)和選通響應(yīng)(黑色，T11_Gated)

圖3 直通的頻率響應(yīng)(S11_FixThru，淺色跡線)，選通S11(S11_Gated，黑色寬線)以及夾具的實(shí)際S11(S11_FixA，灰色寬線)

夾具B的S22B，即直通夾具的輸出端響應(yīng)，可以通過(guò)類似的方法對(duì)直通夾具的S22做時(shí)域選通得到?，F(xiàn)在我們得到了6個(gè)已知量：夾具A的S11A，夾具B的S22B，以及直通夾具的4個(gè)S參數(shù)，我們可以表示為S11T, S21T, S12T, S22T?，F(xiàn)在每個(gè)夾具還剩下三個(gè)未知S參數(shù)。

夾具A和夾具B剩下的S參數(shù)可以通過(guò)假設(shè)S21A=S12A，S21B=S12B得到，所以總共只剩下4個(gè)未知量：S21A, S21B, S22A, S11B。從直通的4個(gè)S參數(shù)可以得到足夠多的獨(dú)立方程，從而對(duì)這些未知量進(jìn)行求解。

圖4顯示了示例夾具通過(guò)計(jì)算得到的S22A(黑色跡線)，以及獨(dú)立測(cè)量得到的實(shí)際值(灰色寬線)。結(jié)果幾乎完全重合，只是在頻帶邊緣有微小差別。

圖5顯示了通過(guò)AFR技術(shù)計(jì)算得到的S21A(S21A_AFR，黑色窄線)與獨(dú)立測(cè)量得到的夾具A的S21A(S21_FixA，淺灰色寬線)的比較結(jié)果，幾乎完全重合。

圖4 夾具S22的計(jì)算結(jié)果(S22A)和實(shí)際值S22(Fix_S22)

圖5 S21的計(jì)算結(jié)果(S21A_AFR)和實(shí)際的夾具S21(S21_FixA)

因此，即使是在夾具失配不對(duì)稱的情況，也可以通過(guò)直通測(cè)量得到輸入夾具(夾具A)和輸出夾具(夾具B)的所有S參數(shù)。圖6顯示了一個(gè)夾具內(nèi)的濾波器測(cè)量 (Filter_Fix11，灰色粗線)，以及同一測(cè)量經(jīng)過(guò)AFR處理的結(jié)果(Filter_AFR，黑色細(xì)線)，還有獨(dú)立測(cè)量的實(shí)際濾波器特性 (Filter_Actual，淺灰色細(xì)線)，圖6(a)顯示的是S11，圖6(b)顯示的是S21。只用了一個(gè)直通測(cè)量和AFR技術(shù)的處理就使濾波器響 應(yīng)相比有夾具時(shí)有了重大的改進(jìn)。

有些時(shí)候，DUT不在夾具的中心，因此夾具A和夾具B的損耗和時(shí)延不相等。這種情況下，可以對(duì)偏置的損耗和時(shí)延進(jìn)行補(bǔ)償，具體做法是：首先在夾具中連上直 通時(shí)做一次AFR，然后再插入DUT的位置放置開(kāi)路夾具，并測(cè)量夾具的開(kāi)路響應(yīng)。有了開(kāi)路響應(yīng)，我們可以使用APE得到相對(duì)于直通在夾具中心時(shí)的損耗和時(shí) 延。這會(huì)導(dǎo)致在一個(gè)端口有一個(gè)小的正端口延伸，在另一個(gè)端口有一個(gè)等量但是負(fù)的端口延伸。

這些夾具移除技術(shù)代表了最新的一些處理PCB或類似測(cè)量的夾具的方法。這些技術(shù)還可以進(jìn)一步用于平衡測(cè)量，用平衡S參數(shù)代替單端S參數(shù)。

圖6 實(shí)際的濾波器測(cè)量、帶有夾具的濾波器和使用AFR處理的測(cè)量結(jié)果的比較

AFR測(cè)量實(shí)例

用圖7的PCB和DUT實(shí)例可以對(duì)AFR進(jìn)行簡(jiǎn)單有效的驗(yàn)證。先在一個(gè)寬頻率范圍內(nèi)做個(gè)校準(zhǔn)，然后測(cè)量直通的特性。用上述的AFR技術(shù)計(jì)算輸入端和輸出端的夾具特性。圖8顯示了得到的夾具S參數(shù)結(jié)果。

圖7 AFR實(shí)例

圖8 用AFR計(jì)算PCB輸入端和輸出端夾具的特性

得到的夾具輸入和輸出回波損耗與通過(guò)時(shí)域選通對(duì)直通輸入和輸出失配的估計(jì)非常接近。

AFR的最后一步是在校準(zhǔn)數(shù)據(jù)上用去嵌入去掉輸入端和輸出端的夾具，該校準(zhǔn)數(shù)據(jù)就是測(cè)量直通時(shí)的那份數(shù)據(jù)。去嵌入之后，對(duì)100ohm旁路電阻進(jìn)行重新測(cè)量，圖9顯示數(shù)據(jù)比較的結(jié)果。

雖然只用了一個(gè)直通，但AFR得到的結(jié)果相當(dāng)好。S11、S22以及S21的測(cè)量都與用PCB校準(zhǔn)件測(cè)量得到的結(jié)果非常一致。

圖9 AFR測(cè)量與夾具內(nèi)校準(zhǔn)測(cè)量的比較

AFR測(cè)量與PCB校準(zhǔn)件測(cè)量的殘留誤差在3GHz時(shí)小于-40dB，在6GHz時(shí)小于-30dB。一般來(lái)說(shuō)，這些殘留誤差已經(jīng)非常小了，而且和PCB校準(zhǔn)件的絕對(duì)誤差在同一量級(jí)。這個(gè)測(cè)量實(shí)際驗(yàn)證了AFR技術(shù)。