4portでのAFR（Automatic Fixture Removal）

差動ライン（4ポート測定）におけるAFR（自動フィクスチャ除去）は、単一の配線（シングルエンド）よりも複雑ですが、**「モード変換（ディファレンシャルからコモンへの変換）」や「差動インピーダンス」**を正確に評価するために極めて重要です。

4ポートVNA（または2ポートVNAでスイッチを使用）を用いる場合の手順と注意点を解説します。

1. 差動AFRの主なトポロジー（構成）

4ポート測定では、フィクスチャがどのように作られているかによって、ウィザードで選択する設定が変わります。

• Differential 1-Port (Reflect): フィクスチャの先に差動DUTを接続する構成。フィクスチャの先端（DUT接続点）を「Open」または「Short」の状態にして測定し、フィクスチャのSパラメータを抽出します。

• Differential 2-Port (Through): 2つの同一な差動フィクスチャを背中合わせ（Back-to-Back）に接続できる場合。

  • Split: 接続した「Thru」の状態を測定し、それを半分に割って「左側」と「右側」のフィクスチャ特性を計算します。左右対称な基板設計の場合に最も精度が出ます。

2. 差動AFRの具体的な操作手順

1. 同軸4ポート校正: まずは4本のケーブル先端でフル4ポート校正（SOLTまたは電子校正）を完了させます。これにより、各ポート間のアイソレーションやミスマッチが補正されます。

2. AFRウィザードでの設定:

   • Topology で 「Differential (4-Port)」 を選択。

   • Characterization で 「1-Port」 または 「2-Port Split」 を選択します。

3. フィクスチャの測定:

   • 1-Portの場合: ポート1&2（または3&4）に差動フィクスチャを接続し、先端をOpenにします。

   • 重要: この際、2本のライン間の**結合（Coupling）**もAFRが自動的に計算に含めます。これが単純なデスクー（Port Extension）との大きな違いです。

4. ゲート（Gating）の調整:

   • TDR波形が表示されるので、コネクタの反射点と、DUT接続予定位置（Open点）の間にゲートを設定します。

   • 不要な反射（コネクタの不連続性など）を適切に「窓関数」で囲むことで、純粋な配線特性だけを抽出できます。

3. 差動測定特有の注意点

① スキュー（Skew）の補正

差動ラインでは、2本の配線長がわずかに違うだけで、高周波（4.5GHz等）では位相差が生じ、差動信号がコモンモードに変換されてしまいます。

• AFRは、各ポート（ポート1と2など）の電気長を個別に計算するため、物理的な長さの微差（スキュー）も自動的に補正して基準面を揃えてくれます。

② 結合（Coupling）の影響

差動配線が密結合（Close Coupling）されている場合、片方のラインの信号がもう片方に漏れます。

• AFRは、フィクスチャ部分の「近端クロストーク（NEXT）」や「遠端クロストーク（FEXT）」もSパラメータとして抽出します。

• これを適用（Apply）することで、**「フィクスチャ内で発生している不要なモード変換」**を差し引き、DUTそのものの差動特性だけを浮き彫りにできます。

③ 基準インピーダンスの設定

• 通常、システムインピーダンスは50Ωですが、差動では100Ω（各ライン50Ω）を基準とします。

• AFR実行後、VNAの表示を 「Mixed-Mode S-parameters」 （$Sdd11, Sdd21$ など）に切り替えることで、デエベディングされた純粋な差動特性を確認できます。

4. GHz帯 RFSoC評価への応用

RFSoCの差動出力（例：DAC出力）を評価する場合、基板上のマイクロストリップ線路（差動）を通って測定器に入力されます。

• AFRのメリット: 基板配線の損失（Loss）と、コネクタのミスマッチを完全に取り除けるため、**「RFSoCのピン直下での波形」**を推測できます。

• アイパターンへの影響: AFRで正しくデエベディングを行うと、時間軸での「立ち上がり時間（Rise Time）」が改善し、より正確なアイ開口（Eye Opening）を確認できます。

もし、特定のフィクスチャ（例えば、サンプリング用のプローブや特殊な変換基板）を使用されている場合は、その「厚み」や「誘電率」による分散（Dispersion）もAFRで補正可能です。

AFR後の確認として、フィクスチャ先端をOpenにした状態で Mixed-Modeのスミスチャート を確認し、差動モード（Sdd11）が綺麗に収束しているかチェックしてみてください。