Los dispositivos con múltiples puertos requieren un análisis de redes multipuerto rápido y preciso. Optimice la configuración del analizador vectorial de redes para minimizar el coste de las pruebas para estos dispositivos.

El rápido ritmo de la fabricación en gran volumen de componentes exige probar más dispositivos en menos tiempo para minimizar el coste de las pruebas. Los ingenieros no cejan en su empeño por reducir la duración de las pruebas mediante la automatización de los sistemas de pruebas. El desafío de ampliar el volumen de las pruebas de componentes resulta cada vez más complejo, puesto que los dispositivos tienden a incorporar un número creciente de puertos y funcionalidades. Son ejemplo de ello los módulos front end (FEM) de RF que permiten el funcionamiento multibanda en los smartphones, las antenas con múltiples entradas y salidas (MIMO), y los productos de interconexión pasiva para aplicaciones digitales de alta velocidad, como los conjuntos de cables y conectores de RF.

Con el fin de adaptarse a los dispositivos multipuerto, los analizadores vectoriales de redes (VNA) pasaron de estar equipados con 2 puertos a estarlo con 4 puertos y, actualmente, a ser multipuerto. Se considera multipuerto un dispositivo que necesita más de 4 puertos para el análisis de redes. A medida que aumentan los parámetros de medida para los dispositivos multipuerto, los fabricantes de gran volumen buscan soluciones de pruebas capaces de realizar medidas multipuerto con el fin de mejorar la productividad de las medidas y reducir el coste de las pruebas.

Avances tecnológicos de las soluciones de pruebas multipuerto
Las soluciones de pruebas multipuerto han evolucionado desde equipos de pruebas de conmutación sencilla hasta completas soluciones verdaderamente multipuerto que permiten realizar medidas multipuerto más rápidas y precisas. Aquí se describirán cuatro soluciones de pruebas multipuerto. La elección de la solución dependerá de las necesidades de rendimiento, los requisitos de productividad y el presupuesto.

Equipos de pruebas de conmutación sencilla
El equipo de pruebas de conmutación sencilla o árbol de conmutación sencilla utiliza medidas de 2 puertos para cada ruta desde el puerto común. Un VNA de 2 puertos con un puerto común y un puerto de conmutación puede realizar todas las medidas necesarias. El equipo de pruebas de conmutación sencilla contiene únicamente conmutadores de RF colocados en una matriz para proporcionar las rutas de medida necesarias. En la Figura 1 se muestra un equipo de pruebas de conmutación sencilla de 2 puertos, cada uno con un conmutador 1x2 que se conecta con dos conmutadores 1x6, lo que permite obtener 24 puertos. Si bien en el equipo de pruebas hay disponibles 24 puertos, solo pueden medirse 12 rutas desde cualquiera de los 12 puertos de entrada porque no se pueden realizar medidas entre los puertos del puerto 1 del equipo de pruebas, ni tampoco entre los puertos del lado del puerto 2. Por tanto, este equipo de pruebas admite 144 rutas aunque un dispositivo de 24 puertos tenga 276 rutas.
 
El rendimiento de medida viene determinado por el tipo de conmutador empleado: de estado sólido o electromecánico. Cada tipo de conmutador ofrece ventajas para diferentes necesidades de prueba. Los conmutadores de estado sólido ofrecen alta velocidad de conmutación y mayor duración para aplicaciones de pruebas rápidas de gran volumen. Los conmutadores electromecánicos se emplean en aplicaciones en las que los dispositivos precisan una potencia superior a 1 W, que suele ser el límite de los conmutadores de estado sólido.

Equipos de pruebas de conmutación de barras cruzadas completas
Un equipo de pruebas de conmutación de barras cruzadas completas proporciona medidas de un puerto a un puerto de cada dos. El equipo de pruebas de conmutación de barras cruzadas completas que se muestra en la Figura 2 utiliza grupos de árboles de conmutadores 1xN conectados con conmutadores 1x2 en cada puerto, lo que permite realizar medidas en cualquier ruta. Los puertos no utilizados deben terminarse, de lo que se puede encargar el conmutador 1xN internamente o el conmutador 1x2 con una carga. El rendimiento de medida también viene determinado por los conmutadores, así como por la carga/desadaptación de cada ruta.
 
La configuración de barras cruzadas completas, que combina un VNA con una matriz de conmutación, ofrece una opción de pruebas de bajo coste. Sin embargo, la respuesta de cada ruta se ve afectada por la carga aplicada a un puerto de cada dos. Debe realizarse una calibración total de los puertos NxN para corregir la adaptación imperfecta en cada puerto. Esta calibración resulta difícil de llevar a cabo en este tipo de matriz de conmutación, puesto que el valor exacto de la terminación de carga en cualquier puerto cambia en función de la configuración de conmutación de los otros puertos.

La combinación de un VNA con conmutadores es una solución de bajo coste para ampliar el número de puertos del VNA. Sin embargo, la pérdida en los conmutadores después del acoplador direccional asociada a los puertos de prueba del VNA reduce el rendimiento del sistema en cuanto a rango dinámico, ruido de traza o estabilidad de temperatura en comparación con un VNA que funcione de forma independiente. Esta degradación resulta de especial importancia en el caso de aplicaciones de frecuencias más elevadas, superiores a 10 GHz.

Equipos de pruebas de extensión
Los equipos de pruebas de extensión son un diseño para realizar medidas calibradas NxN completas mejorado con la incorporación de acopladores direccionales y conmutadores. El equipo de pruebas de extensión amplía la matriz de conmutación de fuente del VNA a más salidas y los receptores internos a más puertos mediante un conmutador de fuente y un conmutador de recepción, respectivamente. Además, se necesita un acoplador de puerto de pruebas en cada puerto, como se puede ver en la Figura 3.

La estabilidad y el rendimiento de las medidas mejoran respecto de las configuraciones de equipos de pruebas descritos anteriormente, porque toda la conmutación se produce antes del acoplador del puerto de pruebas y la corrección del error vectorial elimina las fuentes de errores sistemáticas antes de los acopladores de los puertos de pruebas. Puesto que antes de los acopladores de pruebas puede haber cualquier número de rutas de conmutación, se pueden añadir equipos de pruebas adicionales, de modo que se puede crear cualquier número de puertos de pruebas apilando equipos de pruebas de extensión. Sin embargo, el rango dinámico sigue siendo limitado debido a la pérdida de conmutación.
 
Verdaderas soluciones multipuerto
Las auténticas soluciones multipuerto no precisan de conmutación externa ni de acopladores adicionales para realizar medidas multipuerto. Un ejemplo de este tipo de soluciones es el VNA de 2 puertos PXIe M937xA de Keysight (Figura 4), una verdadera solución multipuerto en un chasis PXI. En un mismo chasis PXI se pueden configurar hasta 16 módulos, lo que permite realizar medidas con total corrección hasta 26,5 GHz para dispositivos sometidos a prueba (DUT) de 32 puertos. Cada módulo de VNA PXI dispone de una fuente independiente y cada puerto de prueba cuenta con receptores independientes de referencia y de pruebas. Los receptores permiten capturar simultáneamente datos de parámetros S para todas las rutas de medida. Las medidas son muy precisas y estables, puesto que no se produce atenuación de las señales entre el DUT y los receptores.

 
El gráfico de la Figura 5 muestra el número de barridos de medida necesarios para la total caracterización de un DUT multipuerto. Puesto que el VNA PXI multipuerto verdadero captura datos con varios receptores, uno para cada puerto de pruebas, se puede acelerar la realización de las medidas con un número considerablemente menor de barridos en comparación con una solución basada en conmutadores. Las verdaderas soluciones multipuerto ofrecen una clara ventaja al optimizar la duración y la productividad de las pruebas.
 

Consideraciones sobre las pruebas multisitio

Las soluciones de pruebas multisitio permiten realizar medidas en paralelo para incrementar la productividad. Se pueden construir sistemas de pruebas multisitio utilizando varios VNA en diversas configuraciones (Figura 6) para poder realizar medidas de varias rutas de un mismo dispositivo, o de varios dispositivos simultáneamente. Una solución de pruebas multisitio utiliza un único controlador de PC con instancias de software individuales para cada VNA. Cada instrumento del VNA se configura y controla de forma independiente de modo que funcione simultáneamente con otros VNA del sistema de pruebas. La configuración multisitio resulta de gran utilidad en un entorno de fabricación donde las pruebas las realiza más de un operador. Por ejemplo, un VNA de 4 puertos configurado para la sintonización de filtros de bajo coste multisitio pueden utilizarlo simultáneamente cuatro operadores de pruebas (Figura 7).

 

Otros factores, como las capacidades del controlador de PC, el ancho de banda de FI (IFBW) del VNA, y las comunicaciones del sistema, también pueden repercutir en la productividad global de las medidas multisitio. El número de núcleos de PC debe coincidir con el número de VNA en el sistema para que la velocidad de las pruebas no se vea notablemente afectada. Los IFBW de VNA más bajos, es decir, de 1 kHz, no afectarán a la productividad del sistema, pero los IFBW de 100 kHz y superiores pueden ralentizar la productividad total del sistema de pruebas. Optar por una conexión de comunicaciones rápida también garantiza que las comunicaciones entre los VNA y la CPU no reduzcan la velocidad del sistema de pruebas multisitio. Las comunicaciones rápidas entre el PC y los VNA, como las proporcionadas por una configuración multisitio de VNA de PXI, se benefician de la conexión del chasis PXI de alta velocidad.

Resumen
Al seleccionar una solución de pruebas de VNA para dispositivos multipuerto, hay que tener en cuenta la pérdida de conmutación, la calibración del sistema y otros factores que repercutan en la productividad y la precisión de las pruebas. Los avances en las tecnologías de prueba y medida han permitido que las soluciones de pruebas multipuerto y multisitio aborden mejor estos desafíos aumentando el número de medidas, el número de dispositivos y la velocidad de medida, al tiempo que se mantienen una precisión y una estabilidad elevadas. El sistema de pruebas de VNA basado en PXI automatizado es una solución multipuerto de alto rendimiento ideal que permite a los fabricantes de componentes en gran volumen lograr la alta productividad de pruebas que buscan en menos tiempo.

Para obtener más información sobre técnicas de optimización de pruebas multipuerto y multisitio, visite
http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5992-0681EN.pdf?id=2611867

Autor: Takuya Hirato, Keysight Technologies