A comparative analysis of mTRL and 2X-Thru de-embedding methods
mTRL ve 2X-Thru de-embeddıng yöntemleriınin karşılaştırmalı analizi
- Tez No: 863437
- Danışmanlar: DOÇ. DR. METİN YAZGI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 81
Özet
Yüksek frekanslı ölçümler, özellikle mikrodalga ve RF uygulamalarında, doğru sonuçlar elde etmek için hassas karakterizasyon gerektirir. Ancak, test düzeni, bağlantı elemanları ve kablolar gibi fiziksel bileşenlerin parazitik etkileri, ölçümleri yanıltabilir ve gerçek devre performansını maskeleyebilir. Bu nedenle, test düzeni tarafından tanıtılan bu parazitik etkileri ortadan kaldırmak, ölçüm sonuçlarının güvenilirliğini artırmak ve doğru bir karakterizasyon yapabilmek adına kritik bir adımdır. De-embedding süreci, test düzeni ve bağlantı elemanları tarafından eklenen sanal etkileri çıkartarak, ölçüm yapılan cihazın gerçek elektriksel özelliklerini çıkarmayı amaçlar. Bu sayede, elde edilen verilerin daha doğru ve güvenilir olması sağlanır. Bu tezde, Multiline Thru-Reflect-Line (mTRL) ve 2X-Thru de-embedding metodolojileri, Python açık kaynaklı“Scikit-rf”kütüphanesi kullanılarak sistemli bir şekilde incelenmiştir. Her bir yöntemin ayrıntılı formülasyon ve uygulama detaylarına odaklanan bireysel bir incelemesi gerçekleştirilmiştir. Test kartı tasarlanırken, hem mTRL hem de 2X-Thru de-embedding yöntemlerinin uygulanması için tüm de-embedding standartlarını içeren RO4003C tabanlı bir kart tasarımı gerçekleştirilmiştir. RO4003C, yüksek frekans ölçümlerindeki performansı sebebiyle tercih edilmiştir. Ayrıca, hatlar üretici tarafından önerilen stack-up'a göre düzenlenmiş ve 50 Ohm CPW (Coplanar Waveguide) olacak şekilde tasarlanmıştır. Ölçümlerde, CPW (Coplanar Waveguide) ve mikroşerit konfigürasyonları için özel olarak tasarlanmış 2.92 mm dişi konektör kullanılmıştır. Tüm standartlar, farklı konektörlerin neden olabileceği empedans değişimini önlemek amacıyla aynı konektör çifti kullanılarak ölçülmüştür. Performans karşılaştırması, Multiline Thru-Reflect-Line (mTRL) ve 2X-Thru yöntemleri arasında iletim ve yansıma katsayıları açısından 20 GHz'e kadar benzer sonuçlar verdiğini göstermektedir. Ancak, mTRL yöntemi, birden fazla standart kullanarak frekans aralığını genişletmesine rağmen, özellikle TDR analizinde empedans varyasyonları oluşmaktadır. Bu dalgalanmalar, kalibrasyon standartlarının üretimindeki farklılıklara ve bunlar arasındaki empedans varyasyonlarına atfedilmektedir. Öte yandan, yalnızca bir standart gerektiren 2X-Thru yöntemi, daha basit ve maliyet etkili bir alternatif sunmaktadır. Bu basitlik, de-embedding sürecini sadeleştirmenin yanı sıra doğrudan Baskı Devre Kartı (BDK) alanını azaltarak maliyetleri ve karmaşıklığı düşürmektedir. Bu çalışmanın önemli bir hedefi, ticari araçların akademik amaçlar için tam olarak değerlendirilememesi nedeniyle, açık kaynaklı de-embedding araçlarının geliştirilmesine katkıda bulunmaktır. Tez kapsamında, Multiline TRL ve 2X-Thru de-embedding çalışmaları, RF/Mikrodalga mühendisliği alanında kullanılan, Scikit-rf adlı açık kaynaklı ve BSD lisanslı bir kütüphane olan“Scikit-rf”üzerinden elde edilmiştir. Bu kütüphane, çalışmada sunulan her iki de-embedding yöntemi için de kalibrasyon tekniklerini açık bir kaynak olarak sunmaktadır. Çalışma kapsamında, elde edilen sonuçları değerlendirmek adına açık kaynak ve ticari olarak temin edilebilen araçlar kıyaslanmıştır. Açık kaynaklı yazılım uygulaması kullanılarak elde edilen sonuçların doğruluğu ve verimliliği, lisanslı uygulamalar olan In-Situ De-embedding (ISD) ve AICC De-Embedding Utility ile karşılaştırılmıştır. Açık kaynak ve ticari araçlar ile aynı DUT üzerinden de-embeddingi sonucunda elde edilen S-parametre ve TDR sonuçları karşılaştırılmıştır. Değerlendirmelere göre açık kaynak araçların, ticari alternatiflere kıyasla benzer performans düzeylerini elde etmede başarılı olduğunu ortaya koymuştur. Her iki kalibrasyon yöntemi için de DUT'un de-embedding sonuçları, iletim yansıma katsayısı parametreleri ve de-embedded yapıların TDR cevapları değerlendirilerek karşılaştırılmıştır. Kalibrasyon, IEEE P370 Electrical Characterization of Printed Circuit Board and Related Interconnects at Frequencies up to 50 GHz standardı tarafından önerilen test yapısı kullanılarak doğrulanmış ve uygulamada kullanılan de-embedding yapılarının üretim toleransları değerlendirilmiştir. Entegre devrelerin karakterizasyonu, genellikle kırmık seviyesinde wafer üzerinden uygun probe iğneleri ile wafer üzerindeki kırmık padlerinden ölçümler alınmasıyla başlar. Ancak, test ekipmanı maliyetlerinden ve ürün seviyesinde bir karakterizasyon gerektiğinden dolayı wafer üzerinde yapılan ölçümler haricinde, gerçek dünya uygulamaları entegre devrenin ambalajlanmasını gerektirir. Kırmık ebatlarına uygun bir pakete veya kırmığın direkt olarak test/uygulama kartına teller ile bond edilmesi ile dış dünyaya bağlantı sağlanır. Karakterizasyonda, bu bond tellerinden kaynaklanan devre performansını frekansa bağlı olarak farklı seviyelerde etkileyen parazitik etkiler bulunmaktadır. Yüksek frekans ölçümlerinde, devrenin gerçek performansını değerlendirebilmek adına bu etkilerin sonuçlardan ayrıştırılması kritiktir. Bu bağlamda, Multiline (mTRL) ve 2X-Thru de-embedding yöntemlerini birleştiren bir GSG (Toprak-Sinyal-Toprak) bond tel modeli geliştirilmiştir. Bu model, özellikle bond telleri aracılığıyla kaynaklanan parazitik etkilerin frekansa bağlı olarak nasıl değiştiğini anlamak ve bu etkileri ölçüm sonuçlarından izole etmek için tasarlanmıştır. Önerilen bond tel modeli, Multiline ve 2X-Thru de-embedding yöntemlerinin bir araya getirilmesiyle geliştirilmiş ve bu yöntemlerin birleşimiyle elde edilen sonuçlar detaylı bir şekilde açıklanmıştır. Özetle, bu tezde açık kaynak Python“Scikit-rf”kütüphanesi kullanılarak Multiline TRL ve 2X-Thru de-embedding metodolojileri incelenmiştir ve iki yönteme ait performans sonuçları karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, mTRL'nin standartlar arasındaki üretim kaynaklı empedans varyasyonları olmasına rağmen, 20 GHz'e kadar 2X-Thru de-embedding yöntemi ile benzer performans sergilediği görülmektedir. 2X-Thru yöntemi, sadece bir standart gerektirmesi nedeniyle daha basit ve maliyet etkili bir alternatif olarak öne çıkmaktadır. İki yöntem karşılaştırmasına ek olarak, açık kaynaklı yazılım sonuçlarının muadil lisanslı araçlarla elde edilen sonuçları da paylaşılmıştır. Özellikle 2X-Thru yönteminin lisanslı araçlar ile benzer de-embedding performansı sergilediği görülmektedir. Ayrıca, mTRL ve 2X-Thru de-embedding yöntemleri kullanılarak bir GSG (Ground-Signal-Ground) bond tel modeli geliştirilmiştir. Geliştirilen modele ait uygulama sonuçları paylaşılmıştır.
Özet (Çeviri)
In high-frequency measurements, accurate characterization faces challenges arising from parasitic effects introduced by the measurement setup. These effects, which include artifacts from test fixtures, cables and connectors, can significantly impact the precision of measurements. The standard method for S-parameter characterization performed by a Vector Network Analyzer (VNA) in the frequency domain. Typically, a Device Under Test (DUT) is mounted on a Printed Circuit Board (PCB) to establish a connection with the VNA. It is crucial to eliminate any artifacts introduced by the test fixture to obtain the actual performance of the DUT. The de-embedding process aims to eliminate these parasitic effects and reveal the intrinsic electrical properties of the DUT. This study comprehensively analyzes two distinct de-embedding techniques: the Multiline Thru-Reflect-Line (mTRL) method and the 2X-Thru fixture removal. The methods are compared regarding calibration standard requirements, de-embedding methodology, fixture removing accuracy, and de-embedding results. The comparison reveals that the accuracy of the mTRL method strictly depends on the impedance variation between calibration standards. Conversely, the 2X-Thru with impedance correction, on the other hand, is more susceptible to impedance variation since it relies on a single calibration standard, which also eases the measurement routine and reduces the complexity. Self-test fixture de-embedding was performed for both calibration methods to validate the calibrations, with subsequent checks on the transmission coefficients of residuals. In both calibration methods, the de-embedding results of DUT were compared by evaluating transmission reflection coefficient parameters and the TDR responses of the de-embedded structure. The calibration was verified using the test structure recommended by the IEEE P370 Electrical Characterization of Printed Circuit Board and Related Interconnects at Frequencies up to 50 GHz standard, and the fabrication tolerances of the implemented de-embedding structures were evaluated. One important aim of this study is to contribute to the development of open-source de-embedding tools since the validity and accuracy of commercial tools cannot be thoroughly evaluated for academic purposes. In this context, the study also shares results obtained from commercial applications. In the IC characterization, it is essential to address the parasitic effects arising from bond wires. Beyond on-wafer measurements, a product application involves packaging, necessitating consideration of the impact of bond wires on signal integrity. In that respect, utilizing both the mTRL and 2X-Thru de-embedding methods, a GSG bond wire model was developed. The extraction and application results of the proposed bond wire model are presented. As a summary, this thesis provides a detailed explanation of the methodologies employed in the mTRL and 2X-Thru methods, followed by a comprehensive comparison of the de-embedded results obtained from both approaches. Furthermore, a comparison has been made between results obtained from open-source tools and those from commercial applications. Finally, a GSG bondwire model has been developed using the both mTRL and 2X-Thru de-embedding methods.
Benzer Tezler
- Türkiye'de faaliyet gösteren ulusal ve yabancı ticari bankaların karşılaştımalı analizi
A Comparative analysis of the national and foreign commercial banks operating in Turkey
ELVAN ÖZAYDIN
- Eliptik tip sınır değer problemleri için sonlu elemanlar ve sonlu farklar yöntemlerinin karşılıklı analizi
A comparative analysis of finite elements and finite difference methods for elliptics type boundary value problems
METİN BAYRAK
- Tip 1 nazofarinks karsinomlarında magnetik rezonans görüntüleme ve bilgisayarlı tomografi bulgularının karşılaştırmalı değerlendirilmesi
A Comparative analysis of MRI and CT findings in patients with type 1 nasopharyngeal carcinoma
MEHMET ALİ GÜRSES
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
1999
Radyoloji ve Nükleer TıpAnkara ÜniversitesiRadyodiagnostik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLHAN ERDEN
- Türkiye'nin taraf olduğu iklim anlaşmalarının karşılaştırmalı analizi ve olası etkileri
A comparative analysis of international agreements on climate change which Turkey acceded
FATMA MELTEM KARAMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Şehircilik ve Bölge PlanlamaKapadokya ÜniversitesiKent, Çevre ve Yerel Yönetimler Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ LEILA AKBARISHAHABI
