測(cè)試平臺(tái)上的阻抗測(cè)試方案
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在工業(yè)和特殊產(chǎn)品測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域可以發(fā)現(xiàn)一些通用性較低的TDR.在過(guò)去二十年中這些領(lǐng)域已經(jīng)建立起了特定的標(biāo)準(zhǔn)程序。這些設(shè)備及相關(guān)軟件針對(duì)測(cè)量測(cè)試板阻抗進(jìn)行了優(yōu)化，在許多PCB制造商那里都有部署。然而，這些TDR不太適合用于PCB內(nèi)部隨機(jī)傳輸線的設(shè)計(jì)與測(cè)試，理由是缺少合適的探針——更糟糕的是——太慢的信號(hào)上升時(shí)間tr導(dǎo)致太小的信號(hào)帶寬，繼而只允許對(duì)最小長(zhǎng)度約10cm的線進(jìn)行表征。
作為第三個(gè)版本，還有“自我制作的”解決方案。這方面市場(chǎng)上有為數(shù)不多的極具成本效益的（D）TDR設(shè)備。這樣進(jìn)一步購(gòu)買組件（TDR探針和相位調(diào)整電纜）一般就能滿足技術(shù)上的先決條件。不過(guò)在這種情況下，必須在數(shù)據(jù)記錄、誤差減小、阻抗計(jì)算和結(jié)果歸檔等方面開(kāi)發(fā)合適的軟件，以便可以追問(wèn)源自某個(gè)來(lái)源的解決方案最終并不具有更高的成本效益和安全性。
Sequid GmbH公司最初開(kāi)發(fā)過(guò)高分辨率和高精度的TDR系統(tǒng)，用于判斷魚肉的質(zhì)量。在與德國(guó)PCB制造商Elekonta Marek GmbH的合作過(guò)程中，現(xiàn)有的基本技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展為很高性能的系統(tǒng)（Sequid DTDR-65），能夠滿足阻抗控制測(cè)量的所有需求。這是一種高穩(wěn)定的差分時(shí)域反射計(jì)，適合速率高達(dá)10Gbit/s的差分和單端傳輸線的阻抗測(cè)量。這種儀器具有65ps的階躍信號(hào)發(fā)生器，因此支持對(duì)測(cè)試板和實(shí)際電路的高分辨率測(cè)量。另外，DTDR-65具有特別好的抖動(dòng)性能（Jrms<500fs），而這種性能通常是高端設(shè)備才有的。
同時(shí)開(kāi)發(fā)的軟件解決方案能夠讓非射頻專家也能順利完成阻抗的測(cè)量。這種解決方案不僅包含基本功能（比如設(shè)備控制），還包含用于顯示線路阻抗的直觀可操作功能。容差模板使得做出通過(guò)/失?。≒ASS/FAIL）聲明非常簡(jiǎn)單。下面介紹了一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用例子。
圖3呈現(xiàn)的是RG 405同軸電纜的反射圖，其中的同軸電纜分別按照組裝規(guī)范（1）和沒(méi)有按照組裝規(guī)范（2）裝配了SMA連接器。兩種RG 405電纜的線路阻抗Z0≈51.5Ω，連接器區(qū)域的過(guò)渡非常明顯。在錯(cuò)誤安裝連接器的情況下，電容下降（朝低阻抗變形）是可見(jiàn)的。當(dāng)外部和內(nèi)部導(dǎo)體安裝靠得太近時(shí)這種效應(yīng)會(huì)頻繁發(fā)生（也就是構(gòu)建了一個(gè)電容）。
圖3:正確安裝SMA連接器（1,綠）和錯(cuò)誤安裝SMA連接器（2,紅）時(shí)RG 405同軸電纜的反射圖。
圖4顯示了4層印刷測(cè)試電路上的差分傳輸線的阻抗曲線。傳輸路徑一開(kāi)始是第一層（頂層）中的微帶線，然后通過(guò)一個(gè)過(guò)孔轉(zhuǎn)到第二層，此時(shí)仍然是微帶線，再通過(guò)第二個(gè)過(guò)孔回到第一層表面。這個(gè)路線經(jīng)過(guò)幾次反復(fù)，最終在第一層終止。顯然這個(gè)測(cè)試電路不能達(dá)到100Ω的目標(biāo)阻抗：微帶線和帶狀線的特征阻抗分別是Z0≈120Ω和Z0≈110Ω。從這張圖中可以明顯看出，過(guò)孔的電容因素會(huì)嚴(yán)重影響實(shí)際系統(tǒng)中的信號(hào)完整性，尤其是在高數(shù)據(jù)速率時(shí)更甚。
圖4:在FR4基板的兩個(gè)不同層上布線的差分線反射圖。
作為最后一個(gè)例子，圖5顯示了USB 3.0連接器和電纜的反射圖。USB 3.0組件的額定阻抗是Z0=90Ω±7Ω。TDR設(shè)備仍然工作在100Ω的參考阻抗上（時(shí)間范圍t<12.2ns）。從測(cè)試適配器到USB 3.0連接器的轉(zhuǎn)換引起的第一次反射發(fā)生在大約12.3ns,正如預(yù)期的那樣與所有測(cè)量一致。曲線3（綠色）代表開(kāi)放式適配器的結(jié)果，其中的快速阻抗上升指示適配器的（高阻抗）末端。曲線4和5（紅色和藍(lán)色）代表兩種不同的USB 3.0電纜組件，每個(gè)組件由一個(gè)適配器和一個(gè)后續(xù)電纜組成。雖然電纜都在規(guī)范之內(nèi)，但適配器不符合規(guī)范。特別是紅色曲線表明最大阻抗約為122Ω，產(chǎn)生了嚴(yán)重反射，進(jìn)而可能導(dǎo)致USB 3.0控制器降低數(shù)據(jù)速率。
總之，所有例子清楚地表明，開(kāi)發(fā)人員能夠利用DTDR-65直觀深入地觀察傳輸路徑。開(kāi)發(fā)人員和質(zhì)檢人員的任務(wù)通常包含對(duì)所獲得的結(jié)果進(jìn)行容易理解的歸檔。這項(xiàng)任務(wù)非常重要，但遺憾的是非常耗時(shí)，而且單調(diào)乏味。不過(guò)這種不受歡迎的工作現(xiàn)在可以用內(nèi)置的自動(dòng)化報(bào)告生成工具極大地簡(jiǎn)化，只需幾次點(diǎn)擊就能形成圖形化和統(tǒng)計(jì)性的擴(kuò)展性評(píng)估結(jié)果。另外，對(duì)大多數(shù)普通線路類型來(lái)說(shuō)還可以使用在線阻抗計(jì)算器。
圖5:帶開(kāi)放電路（3）和兩個(gè)不同USB 3.0電纜組件（4和5）的USB 3.0適配器的反射圖。
支持廣泛應(yīng)用
必要的附件包含了高質(zhì)量的相位調(diào)整過(guò)的同軸電纜以及TDR探針，可用于不同類型應(yīng)用：工業(yè)探針用于生產(chǎn)過(guò)程中的系列測(cè)量，高精度探針用于研發(fā)--見(jiàn)圖6.DTDR-65還具有卓越的電磁屏蔽性能，完全可以在電池供電的移動(dòng)應(yīng)用中使用。
圖6:用于時(shí)域反射計(jì)DTDR-65的不同探針和附件。
評(píng)論