DB44DB44/T1903—2016線路板特性阻抗測試方法時域反射法2016-09-29發(fā)布2016-12-29實施廣東省質量技術監(jiān)督局發(fā)布 Ⅲ 1 1 1 1 2 3 4 8附錄B資料性附錄）測量區(qū)域的選定 10 12參考文獻 14ⅠⅢ1下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本又稱“特征阻抗”，在高頻信號傳輸過程中，傳輸線可等效成一個電阻，這個等效的電阻稱為傳20a0a0D64.2.1測量精度測量系統(tǒng)的精度應滿足特性阻抗值所要求的精度。為保證系統(tǒng)的測量精度，階躍脈沖幅度誤差應小于1%。4.2.3系統(tǒng)信號上升時間系統(tǒng)上升時間(ps)被測件最小長度(mm)483校準件應采用相同技術規(guī)范的空氣線、半剛性電纜、柔韌的同軸電纜或其他組件組合，校準件的4a)環(huán)境溫度：20℃~25℃;b)相對濕度：45%～65%;按設備規(guī)范要求對設備進行預熱，一般預熱時間為15min～30min,以確保設備不產生幅度和時7.2開機校準獲取電纜阻抗值并進行補償，以清除電纜對測量系統(tǒng)精度的影響。補償后電纜對測量系統(tǒng)精度的影響7.2.2設備校準7.2.3精度驗證針對不同阻抗的被測件，用相應的校準件，做57.2.4探頭清零如圖4所示，取掉空氣線，單端線路測量時，將單端探頭連接在電纜上；差分線路測量時，將差分探頭連接在電纜上，不連接被測件，對探頭進行清零。圖4探頭清零7.3試樣要求樣板應符合如下要求：a)測試孔及焊盤應完好無氧化、異物以及破損；b)試樣導線長度滿足測量設備系統(tǒng)上升時間對應要求。如圖5所示，搭建好測量系統(tǒng)。開啟測量系統(tǒng)軟件，在軟件界面中設置Y軸分辨率為109/格，Y軸方向上限值設定為目標阻抗值Z?+40Ω,下限值設定為目標阻抗值Z?-40Ω。被測件傳輸線圖5測量系統(tǒng)7.5測量范圍選取7.5.1起點設置系統(tǒng)預熱后在測量系統(tǒng)軟件中建立測試任務，按7.2.4進行探頭清零，在軟件界面中將起點光標設定在如圖6所示探頭末端對應的軟件波形起點。6歐姆0歐姆0.0590.0再媽德4007681蜂焊值：9821223670.0FAL1.88英寸.圖6起點光標設置7.5.2終點設置按圖5所示，搭建好測量系統(tǒng)，將終點光標設定在如圖7所示被測件對應軟件波形末端。蜂峰值010-10001.3010.95英寸終點光標圖7終點光標設置7.5.3測量區(qū)域選擇建議選擇50%(起點光標位置)～70%(終點光標位置)區(qū)域做為數(shù)據分析及處理區(qū)域(即測量區(qū)域),如圖8所示。測量區(qū)域的選定原則及參數(shù)參照附錄B。70.0-PASS終點光標圖8測量區(qū)域選擇77.6測試7.6.1放置探頭按圖9所示將探頭探針的信號端與接地端分別與被測件傳輸線測試點的信號端和接地端一一對應并直接接觸，并保持探頭與被測件所在面垂直。垂直向下均勻用力壓探頭，使探針行程壓縮不小于1/2。電纜線電纜線被測件圖9放置探頭7.6.2波形觀察開啟單次或連續(xù)測量模式，測試過程中，探頭不可晃動，被測傳輸線不可與其它物體或人員接觸，等待波形穩(wěn)定后停止測試。7.7結果讀取讀取軟件測量區(qū)域中平均值，如圖8所示，用于評估樣板的阻抗水平。也可根據特殊要求，讀取測量區(qū)域中最大值、最小值。8(資料性附錄)常用探頭類型及使用注意事項目前常用的探頭類型有：手持式、表貼適配器和顯微探頭。選擇探頭時，需主要考慮準確性、大批量測試以及完成測量的工作量。使用的不同類型的探頭，會對測量的準確性、相關性和重復性產生重要影響。A.2手持式探頭A.2.1手持式探頭是最常用的探頭，一般包括用線路板材料制作的微帶線探頭和用高頻同軸線制作的同軸探頭。A.2.2微帶線探頭的優(yōu)點是成本低、使用方便快速、可制作成不同阻抗的匹配探頭。缺點是帶寬較低 (一般為1GHz左右)、不能滿足較高要求的測試場合，同時不同批次的特性阻抗性值差別很大，受外部條件變化較大，較難控制到±2%。如果使用的探頭不夠好或焊接工藝不佳會產生明顯反射嚴重降低帶寬及測試波形質量。A.2.3同軸探頭的帶寬可以達到6GHz甚至18GHz,且特性阻抗性值穩(wěn)定，適用于較高精度、大批量測試場合。A.2.4手持式探頭常見的問題是探頭接地不合理會導致測量錯誤，因此為了盡可能減小接地環(huán)路電感，使阻抗不連續(xù)降為最小，應該選用正確的接地針，盡量減少接地路徑的長度。如果將接地環(huán)路電感降為最小，則當脈沖入射到待測負載時，可以降低波形的初始峰值，就可以縮短穩(wěn)定時間，平滑響應曲線，并減小探頭損耗，見圖A.1、圖A.2?；芈坊芈坊芈沸盘栃盘枅DA.1接地針對接地路徑的影響9圖A.2不同探頭接地環(huán)路的典型TDR響應A.3表貼適配器探頭表貼適配器(SMA)探頭采用SMA連接器焊接在電路板上，可以提供有效的可重復測量。SMA往往顯示出較高的容性負載特性，在TDR脈沖輸入到被測件時，會降低信號有效的帶寬，對于TDR分辨率要求很高的情形，不適宜使用SMA連接器進行測量。A.4顯微探頭阻抗受控的顯微探頭為目前測量精度最高的探頭。顯微探頭的寄生效應小、接地環(huán)路也短，一般阻抗是50Q,但也存在高阻抗顯微探頭。顯微探頭主要用于工業(yè)，經常與矢量網絡分析儀結合使用，用于測量射頻電路和微波電路的特性。其主要的缺點是可能需要昂貴的探頭工作臺、特殊的探頭架和顯微鏡。(資料性附錄)測量區(qū)域的選定B.1測量區(qū)域選定原則B.1.1不同的測量區(qū)域選擇對數(shù)據產生直接影響，選擇正確的測量區(qū)域至關重要。TDR儀器的水平和垂直參數(shù)的調整應當根據所選的探針技術、被測件長度和測量精度要求。調整的目的是最大程度提高測量精度。B.1.2推薦將波形的入射邊沿對齊示TDR顯示屏幕的水平第一格，反射邊沿對齊水平最后一格。水平參數(shù)一般設定為100ps/格—200ps/格，對應采樣點分辨率為10ps—20ps,垂直參數(shù)一般設定為10Q/格。如果被測量件長度更短，則應縮小水平參數(shù)，縮小采樣分辨率。B.1.3完整TDR波形如圖B.1所示，分為入射區(qū)域、反射區(qū)域、建立區(qū)域和測量區(qū)域，分別有入射點、反射點(一般為開路點)、測量起點、測量終點。把入射點和反射點之間的區(qū)域定為100%波形窗，通常測量區(qū)域可以選擇50%(ti,π)--70%(te,n)的區(qū)域。特別值得注意的是，由于TDR測量區(qū)域的選擇是相對于入射點的，所以在測量前和測量過程中必須檢查入射點的位置是否一致，確保沒有發(fā)生漂移。當使用不同批次或不同廠家的儀器測量時，更要先確定入射點的位置相同(即參考起點相同)。用做測量區(qū)域最佳測量區(qū)域←建立區(qū)域→測量起點測量終點B.1.4在測量大于50Ω的阻抗波形是一條斜率為正的傾斜波形(左側阻抗小，右側阻抗大)。在測量小于50Q的阻抗波形是一條斜率為負的傾斜波形(左側阻抗大，右側阻抗小)。B.1.5常見的TDR儀器根據帶寬可以大致分為兩類，不同帶寬的儀器對TDR測量區(qū)域的選擇有差別。高帶寬快沿儀器：Tr<40ps快沿脈沖，帶寬>10GHz(適用于泰克、安捷倫等儀器)。Tr越小，建立區(qū)域越短，穩(wěn)定的區(qū)域越長，阻抗測量區(qū)域越平坦，帶來的誤差越小，測量區(qū)域就越遠離開路端。低帶寬慢沿儀器：Tr<200ps慢沿脈沖，帶寬>1.75GHz(適用于Polar、愛思達等儀器)。Tr越大，建立區(qū)域越長，穩(wěn)定的區(qū)域越短，阻抗測量區(qū)域越陡峭，帶來的誤差越大，測量區(qū)域就越靠近開路端。）～由儀器使用者決定，主要是應用于以前30Ω~80Ω的場合。實際測試中為兼顧低阻抗值或者高阻抗值，一般建議可選擇測量區(qū)域的50%～70%。在更嚴格的低阻抗值（<33Ω)或者高阻抗值（>83Ω)測量波形進行調整，選擇波形平坦的部分，如可將65%～85%調整為60%～85%等。更為精確的方法是根據特性阻抗值分段來決定，可參考的詳細參數(shù)見表B.除了用百分比來選定測量區(qū)域之外，還可以用時間參數(shù)或距離參數(shù)來選定測量區(qū)域。不同的被測件需要設定介電常數(shù)ε,確定光速在被測件上的實際傳播速度，便于將時間參數(shù)轉化為距離參數(shù)，常校準參考阻抗/Ω(ρ)1234567從更嚴格的角度來看，特性阻抗是一個和頻率相關的函數(shù)，其結果是一個矢量，時域二次計算法在很寬的頻率范圍內（如1GHz～18GHz）變化很?。ㄓ行﹥H為1Ω~3Ω),在大量實際應用中可以a)在線（原位）參考方式：校準過程中先用校準件測得的數(shù)據作為標準校準參數(shù)，每次測量時用實際的數(shù)據和校準件數(shù)據進行分析比較得到測量值。這種方法相對比較簡單，測試結果比b)存儲參考波形方式：在對校準件進行校準之后，把相應的波形和數(shù)據保存起來，在正式測試時，把實際的測量波形和數(shù)據與保存的校準件標準數(shù)據進行分析比較，通過計算來得到實際的阻抗值。這種方法只需要進行一次校準，且只在校準時用到校準件，使用最簡單。但缺點來不確定的誤差，所以只要儀器及相關測試參數(shù)不發(fā)生明顯變化，這種方法效率最高、成本c)標準傳遞方式：在這種方式中，參考空氣standard）傳輸線上，被測件的測量阻抗計算都基于第二條傳輸線。在校準過程中先用標準空氣線對符合要求的參考校準件進行校準，得到參考標準件的真實阻抗和與它相關的其它校準參數(shù)，在正式測試時，用先前已經校準過的參考標準件對阻抗進行測量。這種方法相對標準校準方法要復雜一些，且不如其精確，但這種方法大大減少了標準空氣線的使用次數(shù)，降低了測量成本。在實施步驟中，計算公式要將被測件和校準件參數(shù)互換，將公式中被測件的從網絡的角度來看，TDR是一臺時域網絡分析儀，根據電壓值、S參數(shù)（反射系數(shù)）、網絡的系統(tǒng)準方法分為全雙端誤差模型校準法和簡易雙端誤差模型校準法。前者包含12個誤差項，需要匹配、開需要匹配和開路(OL校準法)或者匹配和短路(SL校準法)兩個校準件。數(shù)的定義都是在端口匹配的情況下定義的，并且是以系統(tǒng)的特性阻抗作為它們的參考值，而系統(tǒng)的特性阻抗通常都為Zo=50Q,對于低阻抗值或高阻抗值頻域校準法還需再做二次校準或補償。時域校準測量阻抗的另一種方法是偏移量法。偏移量法中，使用固定的值來表示真實值和測量值之間的偏差。首先，對標準特性阻抗(如參考線)進行測量，測得的阻抗值和該阻抗標準值之間的偏差就是偏這種方法可以單獨使用，對新手來說特別有用。它假定在指定的測量范圍內，特性阻抗測量是線性的，也就是說假定當50Ω偏差0.5Ω時，在25、75、100等其它阻抗范圍偏差也是0.59。(注意，前提是該假定滿足使用者對測試精度的要求)。盡管偏移量法精度