개요: 이 애플리케이션 노트는 연구실에서 견고한 저비용 RF 프로브를 간편하게 만드는 것에 관해 설명한다. 이 프로브를 50 회로에서 400kHz에서 1GHz 대역에서 사용하면 로우 임피던스 회로의 문제해결 시 적절한 측정을 할 수 있다.
개요
연구실에서 쉽게 구할 수 있는 소재로 견고한 저비용 RF 프로브를 만들 수 있다. 이 프로브는 로우 임피던스 회로의 문제해결 시 적절한 측정을 하는데 유용하다. 의사 잡음 소스(source of spur)를 찾아내거나, 상대적인 의사 잡음 및 고조파 레벨을 측정하거나, 고장 증폭기 또는 SAW 필터를 찾아내는 등의 애플리케이션에 이용할 수 있다. 어떤 회로의 50 지점을 프로브할 때 이 프로브는 400kHz에서 1GHz 사이의 대역에서 유용하게 사용할 수 있다.
프로브 설계 사양
RF 프로브는 SMA 커넥터, 직렬 커패시터 및 저항, 프로브 팁으로 이용되는 짧은 반경질(semi-rigid) 동축으로 구성된다(그림 1). SMA 커넥터가 표준 SMA 케이블을 통해 스펙트럼 분석기로 연결된다. 이 프로브의 중간 임피던스(1k)는 회로에 큰 영향을 미치지 않으면서 로우 임피던스 회로(예, 50)에 이용할 수 있다. 저항 값은 회로의 임피던스에 비해 높게 선택한다. 20:1 정도가 효과적이다. 블로킹 커패시터 값을 해당 주파수 대역의 중간에서 자기 공진(self-resonant)하도록 선택한다. 이렇게 하여 저항 값에 비해 낮은 임피던스가 된다. 여기서 선택한 0603 크기 부품은 1000pF 및 1k이다.
그림 1. 견고한 RF 프로브
프로브 성능
그림 2에서는 400kHz ~ 1GHz에 걸쳐 이 프로브의 응답 평탄도가 1dB인 것을 알 수 있다. 이러한 측정 오차는 증폭기 고장과 같은 문제해결 때의 10dB 이상의 정상적인 편차에 비해 낮은 것이다. 뿐만 아니라 동축을 제거하고 프로브 팁을 저항으로 이용함으로써 프로브의 최대 주파수를 1.9GHz까지 확장할 수 있다. 이 기법을 이용함으로써 3GHz 가까이에서 피크를 이루는 공진을 감소시킬 수 있다. 이 수정 프로브는 쉽게 손상되기는 하지만 동축의 기생전류가 응답 평탄도에 미치는 영향을 보여준다. 동축이 짧아지면 RF 성능이 향상되고 동축이 길어지면 더 많은 솔더 접착 표면을 제공하므로 기계적 견고성이 향상되는데 그림 1의 길이 11mm 동축은 이 둘을 절충한 것이다.
그림 2. 50 임피던스 지점을 프로브할 때의 RF 프로브 주파수 응답
50/1050의 단순 전압 분배기라고 가정했을 경우 프로브의 SMA 커넥터에서 측정되는 전력 레벨이 이론적으로 프로브 팁의 전력 레벨보다 -26.4dB 낮다. 이는 그림 2의 400kHz와 1GHz 사이의 그래프와도 잘 일치한다. 그림 2의 주파수 응답은 조정된 신호 발생기의 출력에 연결된 50 저항을 프로브해서 얻은 것이다. 또한 1k 및 50 스펙트럼 분석기가 50 회로와 병렬이라고 가정했을 때 이상적인 1k은 50 회로를 -0.2dB만 로드한다.
프로브의 구조
그림 1의 프로브를 조립하려면 먼저 SMA 벌크헤드 커넥터의 50 마이크로스트립 전송 라인을 포함하는 PCB 조각을 커팅한다. 스트립을 조심스럽게 잘라서 스트립 갭을 만들고 여기에 1000pF 커패시터와 1k을 납땜한다. 이 두 부품은 0603 크기이다. 11mm 길이의 0.086인치 직경인 반경질 동축을 자른다. 한쪽 끝은 중심 도선을 2.5mm정도 노출시키고 반대쪽 끝은 2mm 정도 노출시킨다. 짧은 쪽 끝이 프로브 팁이다. 동축 아래의 스트립의 나머지 부분을 제거하고 긴 쪽을 구부려서 저항에 가까스트립에 납땜한다. 그런 다음 바깥쪽 도선에서 가까운 접지면에 납으로 연결해서 동축을 납땜한다. 동축을 PCB에 견고하게 접착하기 위해 납을 충분히 사용한다. 필요하다면 구리 테잎을 이용해 갭을 연결한다. 동축과 평행하게 동축 중심 도선의 일부분을 납땜해서 접지 접점으로 사용할 수 있도록 한다. 프로브와 접지 팁에 소량의 납을 올려서 회로와 적절히 접촉하도록 한다.
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회로에서 400kHz에서 1GHz 대역에서 사용하면 로우 임피던스 회로의 문제해결 시 적절한 측정을 할 수 있다.
