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满足宽频应用的低成本中阶阻抗射频探针
 

【作者: Bryan Irons】2005年07月05日 星期二

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我们可以利用实验室现有的材料来制作出一个简易的低成本射频探针,这个探针在进行低阻抗线路除错时用来作为相对测量相当有用,应用范围包括找出杂讯的来源、测量相对杂讯与谐振大小,以及找出失效的放大器或SAW滤波器,当用来测量电路中的50Ω点时,这个探针的可用频率范围为400kHz到1GHz。


简易探针的组成包含一个SMA连接器,搭配上串接的电容与电阻,接着再加上一小段半刚性(semi-rigid)同轴电缆线作为探针头,如(图一)所示。SMA连接器透过标准的SMA缆线连接到频谱分析仪,该探针1kΩ左右的中阶阻抗大小使得它可以应用在例如50Ω的低阻抗线路中而不会对它造成太大的影响,在电阻值的选择上通常以目标电路阻抗的数倍为基准,大约20:1即可,而遮蔽电容值则以自振频率位于目标频带中点作选择,以便确保相对于电阻的较低阻抗值,这里选用的0603尺寸元件分别为1000pF与1kΩ。


《图一 简易射频探针》
《图一 简易射频探针》

(图二)显示该探针从400kHz到1GHz频带内的响应平坦度为1dB,与电路除错过程中常见,如放大器失效时超过10dB的干扰比较,这个探针所造成的测量误差可以说要小得多,当然,也可以透过移除同轴电缆并直接使用电阻本身作为探针头来将探针的频率测量范围延伸到1.9GHz,这样可以降低接近3GHz的自振尖峰,如图二。虽然这个修改过的探针比较容易损坏,但它却可以用来说明同轴电缆寄生效应对频率响应平坦度的影响,图一中选用的11mm同轴电缆长度主要是以较短同轴电缆线所拥有的较佳射频效能以及较长同轴电缆因接触点有更多焊接面而带来的更佳机构稳固度之间的取舍作为决定依据。


《图二 进行50Ω阻抗点量测时射频探针的响应》
《图二 进行50Ω阻抗点量测时射频探针的响应》

假设使用简单的50Ω/1050Ω除法电路,探针上SMA连接器所测量得到的功率位准理论上会比探针头低26.4dB,这样的情况与图二中400kHz到1GHz频率范围内的响应输出相当吻合,图二中的频率响应是由测量连接到调校信号产生器输出端上50Ω的电阻所取得,理论上理想的1kΩ探针对50Ω线路仅造成-02.dB的影响,假设这个1kΩ加上50Ω频谱分析仪与50Ω的电路并联的话。


要制作如图一中的探针,首先必须切割出一片包含50Ω传输线以及SMA连接器的小片电路板,接着小心切割空隙并焊上一个1000pF电容与串接其后的1kΩ电阻,两个元件都采用0603尺寸封装,接着切下一条11mm长、0.086吋直径大小的半刚性同轴电缆,并让中间连接的导线在一端裸露2.5mm,另一端则露出2mm,其中较短的一端作为探针头,较长的一端则在移除同轴电缆下剩余的电路板后折弯并焊接到电路板上接近电阻的地方,接着将外部导线到接近接地金属处布满焊锡来接上同轴电缆,请记得要使用较多的焊锡来将同轴电缆与电路板稳固连接,并在必要时使用铜胶带来弥补缝隙,接着在与同轴电缆平行的地方焊上一条同轴电缆中心导线来作为接地点即可完成简易探针的制作,别忘了在探针与接地点上焊上一团焊锡以便让它们可以与受测电路板妥善接触。(作者任职于Maxim Integrated Products)


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