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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL

FACULTAD REGIONAL BUENOS AIRES

Departamento de Electrónica

Materia: Medidas Electrónicas 2

Proyecto: Determinación de los parametros S de un transistor por el

método De-Embedding

Docente: Ing. Henze, Alejandro

Ayudante de TP: Ing. Monasterios, Guillermo

Grupo N : 4

Alumnos :

Apellido y Nombre Legajo

1 Zelechower, Javier 141.487-2

2 Ravagnan, Matias 128.080-6

3 Boria, Exequiel 141.263-2

4 Forti, Victor 121.685-5

5 Legaspi, Federico 128.078-8

UTN – FRBA – MEII Febrero 2016

2 Grupo Nro. 4 – Medidas Electrónicas II – Proyecto final

ÍNDICE

Contenidos 1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 3

2. DESARROLLO DEL TRABAJO ........................................................................................... 3

2.1 Principios teóricos ........................................................................................................... 3

2.2 Elementos a utilizar ......................................................................................................... 5

2.3 Armado del DUT ............................................................................................................. 5

2.4 Polarización del transistor ............................................................................................... 7

2.5 Diagrama de conexiones................................................................................................. 8

2.6 Proceso de Medición. ...................................................................................................... 9

2.6.1 Medición del sistema completo. .............................................................................. 9

2.6.2 Medición de adaptadores y Bias Tee ...................................................................... 10

2.6.3 Calculo de los parámetros S de los conectores. ..................................................... 11

3. RESULTADOS ................................................................................................................... 13

3.3 Bias Tee Corregido .......................................................................................................... 14

3.4 DUT corregido ................................................................................................................. 15

4. Comparación entre los resultados y los datos del transistor............................................... 15

5. DISCUSIÓN ....................................................................................................................... 17

6. CONCLUSIONES ............................................................................................................. 188

7. AGRADECIMIENTOS......................................................................................................... 18

8. REFERENCIAS .................................................................................................................. 18



Determinación de los parámetros S de un transistor por el método

de De-Embedding

Zelechower Javier, Ravagnan Matias,Boria Exequiel,FortiVictor,Legaspi Federico.

Docente a cargo: Ing. Henze, Alejandro

Universidad Tecnológica Nacional - Facultad Regional Buenos Aires

Medidas Electrónicas 2

1. INTRODUCCIÓN En el presente trabajo se explica brevemente el método de medición de de-embedding y se lo aplica

para medir los parámetros de dispersión (parámetros S) de un transistor de radio frecuencia (BFR-90).

Posteriormente se hará una comparación de los parametros S obtenidos bajo condiciones de

polarización determinadas por el fabricante con los parámetros provistos por él.

El objetivo final es conocer y corregir los errores sistemáticos que se generan en la medición debido al

uso de conectores y de un circuito de polarizacion.

2. DESARROLLO DEL TRABAJO

2.1 Principios teóricos

El método de medición por de-embedding se utiliza cuando la calibración del VNA no se

puede realizar en los planos de medición. Esto puede deberse a varios motivos, por ejemplo

cuando es necesario recurrir a adaptadores que permitan realizar la medición.

La técnica de de-embedding se utiliza para remover matemáticamente el efecto de dichos

adaptadores, permitiendo trasladar el plano de calibración al plano de medición.

Supóngase que se desea medir un dispositivo bajo prueba (DUT), pero para poder hacerlo,

se requiere el uso de adaptadores que permitan llevar a cabo dichas mediciones.



Figura 1 Esquema de medición de un DUT mediante un VNA

En la figura 1, P1 y P2 corresponden a los planos de calibración, mientras que P1´ y P2´

corresponden a los planos de medición.

Tanto A1 como A2 son parte del sistema medido por el VNA, es decir que los Parámetros

de dispersión que se obtengan de dicha medición, incluirían los efectos de A1 y A2.

Como nuestra intención es medir los parámetros S solo del DUT, procederemos de la

siguiente manera:

Como el esquema corresponde a un circuito del tipo serie. Sera más fácil trabajar

matemáticamente con los parámetros T. Por lo tanto, a partir de los parámetros S obtenidos

con el VNA para el sistema que incluye A1 + DUT + A2 obtendremos los parámetros T.

Luego, despejando la matriz T del DUT llegamos a:

Y como lo que buscábamos era obtener los parámetros S, volver a hacer la conversión.



2.2 Elementos a utilizar VNA de 2 puertos

2 Bias Tee (Circuito que permite la polarizacion del DUT sin enviar CC al VNA)

Conectores

DUT de medición

Fuentes de tensión variables.

Resistencias

2.3 Armado del DUT

El transistor se monta sobre una placa que permita manipular y conectar el transistor de una

forma comoda y sin riesgos de que se rompa. Dicha placa ademas, debe presentar una

impedancia característica que permita adaptar correctamente el DUT con el VNA. La idea es

que la placa no introduzca ninguna desadaptacion al sistema.

Para esto, se utiliza una placa FR4 bicapa y mediante una técnica de diseño coplanar y un

software de diseño se obtiene una impedancia característica .

Los parámetros a tener en cuenta para obtener dicha impedancia son:

Figura 2 parámetros característicos de diseño



Luego de los calculos se recurre a un sistema de diseño asistido por computadora para

garantizar las simensiones del circuito impreso. Se arma una mascara con varias copias de

forma que una vez revelado el circuito se elije el que quedó mejor acabado.

La figura 3 muestra las mascaras que se diseñaron para tal fin.

Figura 3 Diseño del prototipo

En la figura 4 podemos observar la placa terminada y soldada.

Figura 4 DUT terminado.



2.4 Polarización del transistor Para la correcta polarizacion del transistor se utiliza un dispositivo a cada lado del DUT llamado Bias-

Tee. El mismo posee un circuito interno que permite sumar a la señal de RF una corriente continua en

uno de sus puertos pero no en el otro. En otras palabras este dispositivo de tres puertos tiene un

puerto por donde ingresa la continua y en los otros dos puesrto la señal de RF pasa supuestamente

sin atenuacion, pero con la salvedad que en uno de ellos se encontrará sumada la corriente continua

inyectada.

Para poder realizar la comparacion de los parametros S informados por el fabricante se debe polarizar

al transistor exactamente de la misma manera para la que los mismos fueron indicados.

Figura 5 Polarización del transistor

En el circuito de la figura 1,

, : son las bobinas de choque de RF que permiten el paso de la CC pero bloquean el paso de la

señal de RF hacia la fuente de continua.

, : Son las capacidades en serie que permiten el paso de la señal de RF pero bloquean la corriente

continua para que ésta no sea conducida hacia el puerto del VNA.

, : Son las utilizadas para ular la corriente de polarización deseada.

y = 2 mA

En realidad esta es una reduccion del circuito de los Bias-Tee pues para lograr la “transparecia” de los

mismos para el paso de RF su circuito es mas complejo. Veremos mas adelante la injerencia de esta

complejidad a la hora de desembeberlos de la medición. En la figura 6 podemos ver el dispositivo.

Figura 6 Bias Tee



2.5 Diagrama de conexiones

En la figura 7 se puede observar el diagrama y la foto de cómo resultan todas las adaptaciones

necesarias para poder someter a la medicion con el VNA al DUT. Es entocnes que el resultado de esta

medicion incluirá todas las adaptaciones y circuitos de polarizacion que se encuentran entre los planos

de calibracion del VNA.

El metodo de De-Embedding se tratará de desafectarle matematicamente, a los resultados de la

medicion, todos los dispositivos que se encuentren en el camino de la RF y que estarán incluidos en la

medicion. Para esto es necesario caracterizar y obtener los parametros S de cada uno de los

dispositivos que querramos desembeber.

Resulta que algunos de estos dispositivos son facilmente caracterizables utilizando el VNA (por

ejemplo los Bias-Tee), pero otros no se pueden caracterizar con el VNA sin el agregado de otros

adaptadores que harian volverían a introducir error nuevamente. Este es el caso de los adaptadores y

conectores, para los cuales habrá que calcular sus parametros de forma matematica y basandose en

las hojas de datos provistas por los fabricantes de los mismos.

Figura 7 Diagrama de conexión

Al diagrama de conexión mencionado previamente, hay que aclarar que el DUT ya se

encuentra polarizado. Se mostrara en el método de medición la manera que utilizamos.



2.6 Proceso de Medición.

La medición consta de varias etapas.

Calibracion del VNA

Antes de realizar cualquier medición es imprescindible asegurarnos que el instrumento este

calibrado. Por ello se realizo previamente una calibración Open Short Match a un puerto

2.6.1 Medición del sistema completo.

Una vez calibrado se procede a medir los parámetros S del sistema formado por los

adaptadores, Bias Tee y el DUT en cuestión.

Para realizar esta medición, el transistor debe estar polarizado correctamente y sin grandes

variaciones en el punto de polarización ya que de esa manera nos aseguramos un punto de

calibración fijo.

Con Vce=5v e Ic =2mA

Figura 8. Transistor polarizado sin señal. El multímetro de la izquierda muestra Vce y el de la derecha Ic en microamperes.



Figura 9circuito de medición del sistema completo.

2.6.2 Medición de adaptadores y Bias Tee

Como se puede observar en las figuras 10 y 11los Bias-Tee se caracterizan utilizando el

VNA. Debido a que el VNA disponible en la facultad no permite la medicion del tipo reverse

debemos realizar dos mediciones donde en la seguna invertimos el sentido del DUT, en este

caso el Bias Tee.

Una vez obtenidos los parametros S se tabulan en una planilla de excel para poder

convertirlos a parametros T y así desafectar a la medicion completa de la injerencia de ellos

mismos.

Figura 10



Figura 11

2.6.3 Calculo de los parámetros S de los conectores.

Se debe tener en cuenta que agregar un conector, implica agregar un tramo de linea de

transmisión capaz de generar desfasajes, atenuaciones y reflexiones.

La caracterización de los mismos fueron hechas teóricamente en base a las hojas de datos

ya que no se hicieron mediciones sobre los mismos.



Figura 12 Esquema de un conector

Con el Objetivo de poder obtener los parámetros S únicamente del Bias Tee ( sin los

adaptadores) . Es necesario obtener los parámetros S de dichos conectores.

Como la medición de sus parámetros de dispersión no se pudo realizar en la práctica. Se

procede a calcular dichos valores, utilizando para tal fin los datos provistos por el fabricante.

Las ecuaciones que deben utilizarse para obtener modulo y fase de sus parámetros S son:

Fase°



3. RESULTADOS Se muestran a continuación los resultados de los modulos de los parámetros medidos.

3.1. Mediciones del sistema completo

Figura 13 Resultados De la medicion del sistema completo.

Figura 14 Gráfica de los resultados obtenidos en el sistema completo.



3.2. Mediciones del Bias Tee + Adaptadores.

Figura 15 Gráficos del Bias Tee con los adaptadores incorporados

3.3 Bias Tee Corregido

Figura 16 Bias Tee Corregido , sacando los adaptadores.



3.4 DUT corregido

Figura 17 DUT corregido.

Figura 8 Gráficos de de los Modulos de los parametros S del DUT corregido

4. Comparación entre los resultados y los datos del transistor.

Para poder comparar los datos obtenidos con los provistos por el fabricante, es necesario

realizar las graficas de los parametros S , en diagramas de smith para el caso de S11 y S22

y en diagramas polares para S12 y S21.

Los diagramas corresponden para valores de polarización de y



Figura 18 Graficos provistos por el fabricante.

Figura 19 Gráficos de los resultados obtenidos.

En una primera instancia, se observa que los graficos de S22 y S11 difieren muchisimo de

los dados por el fabricante.



Dichas diferencias se deben principalmente a los valores de fases obtenidos en las

mediciones.

Se concidera que dichos errores en la medición de fase pueden deberse a errores en la

calibración del VNA.

Para poder comparar únicamente los módulos de dichos parámetros , se realiza una nueva

grafica utilizando los valores obtenidos en las mediciones para el modulo, pero los valores de

fase del fabricante, obteniéndose los siguientes resultados.

Figura 20 . Modulos obtenidos por el método de-embedding utilizando la fase dada por el fabricante

5. DISCUSIÓN En el transcurso del armado del proyecto nos encontramos con varios puntos que creemos

que pudieron intervenir en la desigualdad que existe con los datos del fabricante.

Primero y principal, hay que tener en cuenta que el DUT que nosotros caracterizamos es el

transistor soldado a la placa más la misma placa, es decir el plano de calibración se realizó

en los bordes de los conectores de la placa, cuando el fabricante da datos directos del

transistor. Habría que realizar una nueva medición caracterizando la placa para luego

desembeberla.

El otro punto importante fue la caracterización de los BIAS-TEE . Las mediciones de los

mismos no fueron del todo satisfechas ya que nos encontramos con muchas variaciones más

que nada en altas frecuencias.

La caracterización de los conectores fue teorica lo cual no debería introducir mucho error.

La calibración del VNA se tuvo que realizar en varias oportunidades ya que luego de realizar

la misma , se midio un divisor resistivo “patron” y los resultados no fueron correctos hasta la 3

calibracion por lo que suponemos que aquí también introducimos error.

La sensibilidad del VNA jugó un papel crucial en las mediciones, pues el transistor elegido

distorcionaba al nivel mínimo necesario como para que el VNA haga lecturas adecuadas.



Como correcciones del proyecto se propone realizar varias mediciones del sistema completo

como para comparar resultados.

6. CONCLUSIONES

Como conclusión del trabajo se puede citar que el método de de-embedding es un método

que requiere una alta precisión en la caracterización de todos los componentes que

intervienen en la medición. Másallá de eso, es un método sumamente practico y

relativamente sencillo de realizar.

En nuestro caso, los resultados finales no fueron los esperados del todo, pero en bajas

frecuencias se acercan bastante a lo dados por el fabricante, los mayores inconvenientes los

tuvimos en las frecuencias más elevadas, cuestión lógica por las pérdidas que empiezan a

introducir las posibles malas conexiones, cables, calibración del VNA, soldaduras en la placa.

Sumado a lo antedicho, y comentandolo con el profesor, el hecho de desembeber los Bias

Tee introduce mucho error, pues su caracterizacion se hace dificil. Se puede observar en los

gráficos que las desadaptaciones introducidas por los BiasTee son muy ruidosas, sobre todo

S11 y S22.

7. AGRADECIMIENTOS

Se agradece la especial atención de los ayudantes de catedra de Medidas Electronicas 2 de

la FRBA Ing. Nahir Murana, Ing Guillermo Monasterios como asi también al profesor titular

Ing Alejandro Henze, que además colaboró con los elementos de calibración para el VNA.

8. REFERENCIAS

[1] Henze Alejandro, Monasterios Guillermo, “De-embedding aplicado a medición parámetros S”,Lab.Metrologia y

Microondas, INTI, 2011

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