傳輸線路設(shè)計(jì)

傳輸線路的阻抗由線路上的電感和電容的比值設(shè)置。圖3所示為一個(gè)簡(jiǎn)單的傳輸線路模型。

圖3. 傳輸線路的集總元件模型
利用計(jì)算目標(biāo)頻率時(shí)的復(fù)阻抗的公式，確定獲得特定阻抗所需的L和C的值。調(diào)整L和C的方式取決于傳輸線路模型的類型，最常用的模型是“微帶線”和“共平面波導(dǎo)”模型。利用物理參數(shù)，例如從走線到地層的距離、走線寬度和PCB基板介電常數(shù)等，可以平衡電感和電容，從而提供所需的阻抗。設(shè)計(jì)傳輸線路阻抗的最簡(jiǎn)單方法是使用阻抗設(shè)計(jì)程序，此類程序有很多。

測(cè)量阻抗

設(shè)計(jì)并生產(chǎn)出傳輸線路后，必須測(cè)量其阻抗，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)和實(shí)施無誤。一種測(cè)量阻抗的方法是使用時(shí)域反射(TDR)。TDR測(cè)量可以反映PCB走線的信號(hào)完整度。TDR沿著信號(hào)線發(fā)送一個(gè)快速脈沖，并記錄反射情況，然后利用反射信息計(jì)算距離信號(hào)源特定長(zhǎng)度處的路徑阻抗。利用阻抗信息可以找到信號(hào)路徑中的開路或短路，或者分析特定點(diǎn)的傳輸線路阻抗。
TDR的工作原理是：對(duì)于一個(gè)不匹配的系統(tǒng)，在信號(hào)路徑上的不同點(diǎn)，反射會(huì)與信號(hào)源相加或相減（相長(zhǎng)和相消干涉）。如果系統(tǒng)（本例中為傳輸線路）匹配50 ，則信號(hào)路徑上不會(huì)發(fā)生發(fā)射，信號(hào)保持不變。然而，如果信號(hào)遇到開路，反射將與信號(hào)相加，使之加倍；如果信號(hào)遇到短路，反射將通過相減與之抵消。
如果信號(hào)遇到一個(gè)端接電阻，其值稍高于正確的匹配阻抗，則在TDR響應(yīng)中會(huì)看到一個(gè)凸起；若端接電阻值稍低于匹配阻抗，則在TDR響應(yīng)中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)凹陷。對(duì)于容性或感性端接，將看到相似的響應(yīng)，因?yàn)殡娙菰?a class="contentlabel" href="http://www.biyoush.com/news/listbylabel/label/高頻">高頻時(shí)短路，電感在高頻時(shí)開路。

在所有影響TDR響應(yīng)精度的因素中，最重要的一個(gè)是沿信號(hào)路徑發(fā)送的TDR脈沖的上升時(shí)間。脈沖的上升時(shí)間越快，則TDR可以分辨的特征越小。
根據(jù)TDR設(shè)備設(shè)定的上升時(shí)間，系統(tǒng)可以檢測(cè)的兩個(gè)不連續(xù)點(diǎn)之間的最短空間距離為：

(9)

其中：
lmin = 從信號(hào)源到不連續(xù)點(diǎn)的最短空間距離
c0 = 光在真空中的傳播速度
trise = 系統(tǒng)的上升時(shí)間
εeff = 波在其中行進(jìn)的介質(zhì)的有效介電常數(shù)
若是檢測(cè)相對(duì)較長(zhǎng)的傳輸線路，20 ps到30 ps的上升時(shí)間即足夠；但若要檢測(cè)集成電路器件的阻抗，則需要比這快得多的上升時(shí)間。
記錄TDR阻抗測(cè)量結(jié)果有助于解決傳輸線路設(shè)計(jì)的各種問題，如錯(cuò)誤的阻抗、連接器結(jié)點(diǎn)引起的不連續(xù)以及焊接相關(guān)問題等。

精確記錄S參數(shù)

一旦完成PCB和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造，就必須在設(shè)定的功率和一系列頻率下利用VNA記錄下S參數(shù)；VNA應(yīng)經(jīng)過校準(zhǔn)，確保記錄的精確性。校準(zhǔn)技術(shù)的選擇取決于多種因素，如目標(biāo)頻率范圍和待測(cè)器件(DUT)所需的參考平面等。

校準(zhǔn)技術(shù)

圖4顯示了雙端口系統(tǒng)的完整12項(xiàng)誤差模型及其系統(tǒng)性影響和誤差源。測(cè)量頻率范圍會(huì)影響校準(zhǔn)選擇：頻率越高，則校準(zhǔn)誤差越大。隨著更多誤差項(xiàng)變得顯著，必須更換校準(zhǔn)技術(shù)以適應(yīng)高頻影響。

圖4. 完整的雙端口12項(xiàng)誤差模型