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滿足寬頻應用的低成本中階阻抗射頻探針
 

【作者: Bryan Irons】   2005年07月05日 星期二

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我們可以利用實驗室現有的材料來製作出一個簡易的低成本射頻探針,這個探針在進行低阻抗線路除錯時用來作為相對測量相當有用,應用範圍包括找出雜訊的來源、測量相對雜訊與諧振大小,以及找出失效的放大器或SAW濾波器,當用來測量電路中的50Ω點時,這個探針的可用頻率範圍為400kHz到1GHz。


簡易探針的組成包含一個SMA連接器,搭配上串接的電容與電阻,接著再加上一小段半剛性(semi-rigid)同軸電纜線作為探針頭,如(圖一)所示。SMA連接器透過標準的SMA纜線連接到頻譜分析儀,該探針1kΩ左右的中階阻抗大小使得它可以應用在例如50Ω的低阻抗線路中而不會對它造成太大的影響,在電阻值的選擇上通常以目標電路阻抗的數倍為基準,大約20:1即可,而遮蔽電容值則以自振頻率位於目標頻帶中點作選擇,以便確保相對於電阻的較低阻抗值,這裡選用的0603尺寸元件分別為1000pF與1kΩ。


《圖一 簡易射頻探針》
《圖一 簡易射頻探針》

(圖二)顯示該探針從400kHz到1GHz頻帶內的響應平坦度為1dB,與電路除錯過程中常見,如放大器失效時超過10dB的干擾比較,這個探針所造成的測量誤差可以說要小得多,當然,也可以透過移除同軸電纜並直接使用電阻本身作為探針頭來將探針的頻率測量範圍延伸到1.9GHz,這樣可以降低接近3GHz的自振尖峰,如圖二。雖然這個修改過的探針比較容易損壞,但它卻可以用來說明同軸電纜寄生效應對頻率響應平坦度的影響,圖一中選用的11mm同軸電纜長度主要是以較短同軸電纜線所擁有的較佳射頻效能以及較長同軸電纜因接觸點有更多焊接面而帶來的更佳機構穩固度之間的取捨作為決定依據。


《圖二 進行50Ω阻抗點量測時射頻探針的響應》
《圖二 進行50Ω阻抗點量測時射頻探針的響應》

假設使用簡單的50Ω/1050Ω除法電路,探針上SMA連接器所測量得到的功率位準理論上會比探針頭低26.4dB,這樣的情況與圖二中400kHz到1GHz頻率範圍內的響應輸出相當吻合,圖二中的頻率響應是由測量連接到調校信號產生器輸出端上50Ω的電阻所取得,理論上理想的1kΩ探針對50Ω線路僅造成-02.dB的影響,假設這個1kΩ加上50Ω頻譜分析儀與50Ω的電路並聯的話。


要製作如圖一中的探針,首先必須切割出一片包含50Ω傳輸線以及SMA連接器的小片電路板,接著小心切割空隙並焊上一個1000pF電容與串接其後的1kΩ電阻,兩個元件都採用0603尺寸封裝,接著切下一條11mm長、0.086吋直徑大小的半剛性同軸電纜,並讓中間連接的導線在一端裸露2.5mm,另一端則露出2mm,其中較短的一端作為探針頭,較長的一端則在移除同軸電纜下剩餘的電路板後折彎並焊接到電路板上接近電阻的地方,接著將外部導線到接近接地金屬處佈滿銲錫來接上同軸電纜,請記得要使用較多的焊錫來將同軸電纜與電路板穩固連接,並在必要時使用銅膠帶來彌補縫隙,接著在與同軸電纜平行的地方焊上一條同軸電纜中心導線來作為接地點即可完成簡易探針的製作,別忘了在探針與接地點上焊上一團焊錫以便讓它們可以與受測電路板妥善接觸。(作者任職於Maxim Integrated Products)


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