Một bộ lọc hai cổng đo trên VNA hai cổng là chuyện quen thuộc. Nhưng nhiều linh kiện RF không dừng ở hai cổng: bộ ghép định hướng có bốn, bộ chia công suất có từ ba cổng trở lên, bộ chuyển mạch SP5T có sáu, một cặp đường truyền vi sai có bốn đầu. Khi đó câu hỏi không còn là “máy đo tới bao nhiêu GHz” mà là máy phân tích mạng đa cổng nào đo được hết các đường đi của tín hiệu trong một lần nối.
Bài này giải thích khi nào cần VNA 4 cổng hay 6 cổng, dòng USB Streamline P502xA của Keysight gồm những gì, và cái giá về thời gian khi hiệu chuẩn nhiều cổng — con số mà một kỹ sư test sản xuất nên biết trước khi chọn cấu hình.
Máy phân tích mạng đa cổng là gì và vì sao VNA 2 cổng không đủ?
Một linh kiện có N cổng được mô tả đầy đủ bằng N² tham số S. Linh kiện hai cổng có 4 tham số (S11, S21, S12, S22); linh kiện bốn cổng có 16; linh kiện sáu cổng có 36. Một máy phân tích mạng đa cổng có đủ cổng đo để nối vào tất cả các cổng của linh kiện cùng lúc và thu toàn bộ ma trận đó.
Với VNA hai cổng, bạn vẫn đo được một linh kiện bốn cổng — bằng cách đo từng cặp cổng, gắn tải 50 Ω vào các cổng còn lại, rồi tháo ra nối lại cho cặp tiếp theo. Cách này có ba nhược điểm trong thực tế:
- Số lần tháo nối tăng nhanh. Linh kiện bốn cổng có sáu cặp cổng khác nhau; linh kiện sáu cổng có mười lăm cặp.
- Mỗi lần nối lại cộng thêm sai số lặp lại của đầu nối, và tải 50 Ω gắn tạm trên cổng không đo cũng không hoàn hảo.
- Thời gian thao tác của người — thứ không xuất hiện trong data sheet nhưng quyết định nhịp một trạm test.
Trường hợp rõ nhất là đường truyền vi sai. Để có các tham số S hỗn hợp như suy hao vi sai hay chuyển đổi chế độ, một cặp vi sai vào/ra cần bốn cổng đơn đo đồng thời. Techmaster đã có bài riêng về tham số S hỗn hợp và cách đo trở kháng vi sai nếu bạn cần phần lý thuyết.
Dòng Keysight Streamline P502xA gồm những model nào?
Streamline là dòng VNA USB không màn hình của Keysight, và nhánh P502xA là máy phân tích mạng đa cổng của dòng này: máy là một hộp nhỏ, toàn bộ giao diện chạy trên máy tính Windows nối qua USB 3.0. Theo data sheet 5992-3606EN, dòng A-model chia thành P500xA (2 cổng, tới 53 GHz) và P502xA (4 cổng tới 53 GHz, hoặc 6 cổng tới 20 GHz).
Ở nhánh 4 và 6 cổng, các model đang có trang sản phẩm tại Techmaster là:
- Keysight P5023A — 9 kHz tới 14 GHz, 4 hoặc 6 cổng.
- Keysight P5024A — 9 kHz tới 20 GHz, 4 hoặc 6 cổng. Đây là máy trong ảnh bài viết, bản 6 cổng.
- Keysight P5026A — 100 kHz tới 32 GHz, 4 cổng, đầu nối 2,4 mm.
- Keysight P5028A — 100 kHz tới 53 GHz, 4 cổng, đầu nối 1,85 mm.
Hai điểm dễ bỏ sót khi đọc bảng. Thứ nhất, bản 6 cổng chỉ có tới 20 GHz; trên mức đó dòng này chỉ có bản 4 cổng. Thứ hai, các bản 4 cổng có tùy chọn nguồn thứ hai tích hợp (Option 402), cho tối đa 2 nguồn. Vì sao số nguồn quan trọng, xem chọn VNA theo số nguồn nội bộ. Nếu linh kiện chỉ có hai cổng, bản P5004A 2 cổng, 9 kHz – 20 GHz là lựa chọn gọn hơn.
Về kích thước, data sheet ghi bản 4 hoặc 6 cổng (P5020A – P5024A) rộng 176 mm, cao 68 mm, sâu 333 mm; nặng 2,82 kg với bản 4 cổng và 2,98 kg với bản 6 cổng. Máy chạy trên Windows 10 hoặc 11 bản 64-bit; Keysight khuyến nghị CPU Intel Core i7 thế hệ 10 trở lên và 16 GB RAM, nối vào cổng USB 3.0 trực tiếp trên chipset Intel.
Hiệu năng của VNA USB 4 và 6 cổng có đủ cho phòng lab không?
Con số nên nhìn đầu tiên là dải động hệ thống. Với P5020A – P5024A, data sheet công bố 140 dB (spec) và 150 dB (điển hình) trong khoảng 50 MHz – 3 GHz, và 126 dB (spec) ở đầu trên 16 – 20 GHz, đều đo ở băng thông IF 10 Hz, không lấy trung bình. Dải băng thông IF chỉnh được từ 1 Hz tới 15 MHz, mỗi lần quét tới 100.003 điểm. Mức công suất ra cực đại 10 dBm trên trang sản phẩm là mức tốt nhất: với P5020A – P5024A, data sheet công bố 10 dBm (spec) trong khoảng 10 MHz – 6,5 GHz, giảm còn 4 dBm ở 16 – 20 GHz.
Ở dải cao, cần đọc kỹ hơn. P5028A đạt 122 dB (spec) trong khoảng 30 – 45 GHz, nhưng xuống 72 dB (spec) / 101 dB (điển hình) trong khoảng 50 – 53 GHz. Ở đoạn này công suất ra cực đại của P5028A chỉ còn −23 dBm (spec). Nếu phép đo của bạn nằm ở đoạn cuối băng, hãy tính quỹ dải động trước khi chốt model. Bài dải động VNA USB đến từ đâu và mất ở đâu giải thích cách đọc con số này.
Máy hỗ trợ toàn bộ module hiệu chuẩn điện tử ECal của Keysight — lựa chọn đáng cân nhắc khi phải hiệu chuẩn bốn hay sáu cổng mỗi ca; xem thêm nên chọn ECal hay bộ kit cơ khí.
Đo trên máy phân tích mạng đa cổng tốn thêm bao nhiêu thời gian?
Đây là phần nhiều người chọn máy bỏ qua. Data sheet có bảng thời gian chu kỳ (Table 56) cho cùng một phép quét, chỉ khác số cổng được hiệu chuẩn. Với P5020A – P5024A, quét 10 MHz – 20 GHz ở chế độ Auto, 401 điểm, IFBW 1 MHz, giá trị điển hình:
- Chưa hiệu chuẩn: 28,4 ms
- Hiệu chuẩn 2 cổng: 50,9 ms
- Hiệu chuẩn 4 cổng: 111,4 ms
- Hiệu chuẩn 6 cổng: 240,3 ms
Với 1601 điểm trên cùng dải, ba mức tương ứng là 147,4 ms, 332,8 ms và 825,9 ms. Keysight ghi rõ điều kiện đo: tắt hiển thị, máy tính chủ Intel Xeon 3,60 GHz với 64 GB RAM, dữ liệu cho một trace S11. Vì vậy hãy dùng bảng này để so sánh tương đối giữa các cấu hình, còn thời gian thực tế trên trạm test phải đo lại với máy tính, số trace và chương trình của chính bạn.
Hệ quả thực dụng: nếu linh kiện chỉ có bốn cổng, đừng hiệu chuẩn nhiều cổng hơn số cổng thực sự dùng — theo bảng trên, chu kỳ 6 cổng dài hơn gấp đôi chu kỳ 4 cổng ở cùng số điểm.
Khi 6 cổng vẫn chưa đủ thì làm thế nào?
Data sheet mô tả hai cách dùng nhiều máy Streamline, và chúng giải hai bài toán khác nhau.
Ghép hai máy thành một VNA đa cổng (phần mềm S97551B). Hai máy được cấu hình thành một máy phân tích mạng đa cổng lớn hơn, đo chéo đầy đủ tham số S giữa tất cả các cổng. Mọi model P500xA và P502xA ghép được với nhau, nối bằng cáp trong bộ Y1701A; Keysight ghi đã đánh giá cấu hình tối đa hai máy. Có hai giới hạn cần biết: dòng A không ghép được với P50xxB, P937xA hay P93xxB vì khác phần cứng, và ở cấu hình ghép, dải động, nhiễu nền cổng đo và trace noise có thể kém hơn so với một máy đơn.
Chạy hai máy độc lập trên một PC (multi-site). Ở chế độ này mỗi máy vẫn là một VNA riêng, có tham số đo riêng, kích hoạt đồng bộ hoặc không đồng bộ, để đo song song nhiều linh kiện từ một máy tính. Keysight ghi đã đánh giá tối đa hai phiên VNA độc lập trên mỗi PC. Đây là hướng hợp với trạm test sản xuất cần tăng năng suất bằng đo song song hơn là cần thêm cổng.
Nếu bài toán thực chất là chuyển một VNA qua nhiều linh kiện theo lượt, một ma trận chuyển mạch ngoài vẫn là lời giải khác đáng so sánh — xem cách chọn bộ chuyển mạch RF theo độ lặp lại.
Ngoài tham số S, VNA Streamline còn đo được gì?
Data sheet liệt kê thêm ba nhóm chức năng, mỗi nhóm cần phần cứng hoặc phần mềm riêng:
- Phân tích miền thời gian nâng cao với TDR (S97011B). Trên P5024A, thời gian lên (rise time) của bước TDR tối thiểu là 22,3 ps và tốc độ dữ liệu biểu đồ mắt tối đa 16 Gb/s (spec). Keysight lưu ý phép TDR này dùng kích thích sóng sin quét tần số rồi chuyển sang miền thời gian bằng biến đổi Fourier ngược, khác với TDR trên máy hiện sóng. Xem thêm phân tích miền thời gian trên VNA và nên đo TDR bằng máy hiện sóng lấy mẫu hay VNA.
- Phân tích phổ với Option 090/190 và phần mềm S97090B.
- Đo RF xung với Option 021/022 và phần mềm S97024B hoặc S97025B.
Về lập trình, Keysight cung cấp chương trình mẫu bằng C, C++, C#, VB và LabVIEW, và công cụ Command Expert để dựng chuỗi lệnh cho Excel, MATLAB hay LabVIEW — điểm quan trọng khi đưa máy vào một trạm test tự động.
Nên chọn cấu hình máy phân tích mạng đa cổng thế nào?
- Đếm số cổng của linh kiện khó nhất bạn phải đo — không phải linh kiện phổ biến nhất. Đó là số cổng tối thiểu.
- Xác định tần số cao nhất cần đo, cộng thêm hài bậc cao nếu bài đo đòi hỏi. Trên 20 GHz, chỉ còn lựa chọn 4 cổng.
- Chọn đầu nối khớp với đồ gá: 3,5 mm cho P5020A – P5024A, 2,4 mm cho P5026A, 1,85 mm cho P5028A.
- Tính thời gian chu kỳ theo số cổng thực sự cần hiệu chuẩn, rồi đo lại trên máy tính của trạm.
- Quyết định trước giữa ghép máy và multi-site nếu có kế hoạch mở rộng, vì dòng A không ghép được với dòng B hay P937x.
Nếu đang so sánh với dòng Streamline P937x, bài so sánh P9375A với cả dòng Streamline là điểm bắt đầu tốt; còn bức tranh chung về VNA Keysight nằm trong bài máy phân tích mạng vector Keysight cho RF, 5G và vi sóng.
Câu hỏi thường gặp
Máy phân tích mạng đa cổng khác gì VNA 2 cổng dùng thêm bộ chuyển mạch?
Máy phân tích mạng đa cổng có sẵn các cổng đo và hiệu chuẩn trực tiếp tới từng cổng, nên thu được toàn bộ ma trận tham số S của linh kiện trong một lần nối. VNA 2 cổng cộng bộ chuyển mạch ngoài vẫn làm được việc tương tự, nhưng đường tín hiệu đi qua thêm bộ chuyển mạch và cáp, nên độ lặp lại của bộ chuyển mạch trở thành một phần của sai số đo.
Keysight Streamline có bản 6 cổng tới 53 GHz không?
Không. Theo data sheet 5992-3606EN, bản 6 cổng của dòng P502xA chỉ có tới 20 GHz. Trên 20 GHz, dòng này có bản 4 cổng: P5026A tới 32 GHz và P5028A tới 53 GHz.
Có ghép một máy P5024A với một máy P9375A thành VNA nhiều cổng được không?
Không. Data sheet ghi rõ P50xxA không kết hợp được với P50xxB, P937xA hay P93xxB để tạo VNA đa cổng vì khác biệt phần cứng. Với dòng A, data sheet mô tả cấu hình ghép bằng phần mềm S97551B giữa các model P500xA và P502xA với nhau.
VNA Streamline cần máy tính cấu hình thế nào?
Keysight yêu cầu Windows 10 hoặc Windows 11 bản 64-bit, khuyến nghị CPU Intel Core i7 thế hệ 10 trở lên, RAM 16 GB (tối thiểu 4 GB), ổ đĩa trống tối thiểu 4 GB và cổng USB 3.0 nối trực tiếp với chipset Intel.
Tư vấn cấu hình VNA đa cổng tại Techmaster
Techmaster Electronics là nhà phân phối ủy quyền Keysight tại Việt Nam. Bạn có thể xem toàn bộ máy phân tích mạng Keysight, các thiết bị Keysight khác tại Techmaster, hoặc dịch vụ hiệu chuẩn thiết bị đo cho VNA đang dùng. Nguồn số liệu trong bài: data sheet Keysight Streamline Series VNA (A-models) 5992-3606EN và trang sản phẩm P5024A, P5028A trên keysight.com.
Nếu bạn đang chọn máy phân tích mạng đa cổng, giữa bản 4 cổng và 6 cổng, hay cân nhắc ghép hai máy cho một trạm test, liên hệ Techmaster để được tư vấn theo đúng linh kiện và nhịp sản xuất của bạn.
