如何測試射頻變壓器的性能？

射頻變壓器能夠實現阻抗、電壓、電流的變換，且具有隔直(流)、共模抑制及單端轉差分功能，因此廣泛應用於射頻電路諸如推挽放大器、雙平衡混頻器及A/D ICs中。對於這類阻抗變換器件，其單端阻抗往往不是50 Ohm，這給其性能測試造成了困難。鑒於傳統測試方法的局限性，本文介紹了一種基於矢網的新穎測試方法，使用虛擬差分模式及Offset功能，能夠有效地測試射頻變壓器的性能指標。

射頻變壓器一般由兩個或多個彼此絕緣的銅導線繞至在磁芯上而成，通過電磁耦合實現功率由初級(Primary)到次級(Secondary)的傳輸。圖1給出了射頻變壓器的等效電路，假設初級線圈繞線匝數為，電壓和電流分別為和；次級線圈繞線匝數為，電壓和電流分別為和，則滿足如下關係：

$V_2=ncdot{V_1}，I_2=I_1/n$

其中為線圈匝數比，。

阻抗變換比為：。

圖1. 射頻變壓器等效電路

如何測試射頻變壓器的性能呢？射頻變壓器有哪些測試參數呢？

大多數射頻變壓器可以實現不平衡到平衡的轉換，對於這樣的變壓器，可以將其當作一個balun，測試參數包括：插損、回損、CMMR、幅度和相位不平衡特性等。

對於單端阻抗為50 Ohm、差分阻抗為100 Ohm的變壓器，可以直接在矢網的虛擬差分測試模式下測試，因為矢網本身為50 Ohm系統阻抗，而且業界的中高端矢網基本都具有虛擬差分測試功能。但是對於單端阻抗不是50 Ohm的變壓器，如何有效測試其性能呢？

如果射頻變壓器的單端阻抗不是50Ohm，需要考慮待測件與矢網之間的埠匹配。傳統的測試方法是，直接使用兩個相同的射頻變壓器back-to-back布置，從而實現阻抗的匹配，測得的插損取一半即為單個變壓器的插損。該方法能夠測試變壓器的插損和回損，但是無法有效測試CMMR和幅度、相位不平衡特性。

或者使用如圖2所示的阻抗變換器，使用兩個電阻搭建Mini-Loss Matching PAD。如果平衡端差分阻抗為200 Ohm，則對應的單端阻抗為100 Ohm。R1和R2的取值要同時保證，從DUT輸出向矢網看去的輸入阻抗為100 Ohm，及從矢網向DUT看去的輸入阻抗為50 Ohm。圖3給出了相應的測試裝置示意圖，採用UOSM校準方式。Port1與Port2、Port4之間的直通校準，也需要連接一個阻抗變換網路，以實現埠之間的匹配。

圖2. Mini-Loss Matching PAD

圖3. 採用阻抗變換器時的測試裝置示意圖

校準完成後，測試了某一款射頻變壓器的插損、回損等參數，測試結果如圖4所示。低頻時，測試結果與規格指標比較一致，但是隨著頻率的提高，偏離規格指標越來越大。經實驗發現，阻抗變換器所使用的電阻的頻率特性較差，電阻值隨頻率的增加變化較大，這限制了該方法在高頻時的應用。

圖4. 使用阻抗變換器時的測試結果

目前大部分矢網都支持更改埠參考阻抗，在一定條件下，這允許測試非50 Ohm系統阻抗下的S參數。其大致原理：首先測試50 Ohm系統阻抗下的S參數，然後根據所設置的埠參考阻抗，對測試數據作相應的數學變換，從而得到其它系統阻抗對應的S參數。如此，就不需要外部的阻抗變換器，使得測試更加靈活。

對於射頻變壓器，輸出為差分形式，設計測試評估板時，PCB走線的阻抗及線間距均應按照一定的規則布置，以減少對測試結果的影響。但實際中，這一點往往很難滿足。為此，校準完成後，需要執行Offset功能，將校準參考面延伸至待測件pin處。這一點很重要，尤其對於差分端，因為評估板走線一般是按照50 Ohm進行阻抗控制的，而射頻變壓器差分輸出端的單端阻抗往往不是50 Ohm，如果不作Offset，則測試結果將偏差很大。