USB 3.0線纜和連接器的阻抗和插損測(cè)試

　　下一代串行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)采用的高速率已經(jīng)進(jìn)入到微波領(lǐng)域。比如，即將到來(lái)的SuperSpeed USB(USB 3.0)通過(guò)雙絞線對(duì)線纜傳輸速的率就達(dá)到了5Gb/s。通過(guò)連接器和線纜傳輸如此高的速率必須考慮通道的不連續(xù)性引起的失真。為了將失真程度保持在一個(gè)可控的水平，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了線纜和連接器對(duì)的阻抗和回波損耗。最新的測(cè)量使用S參數(shù)S11表征而且必須歸一化到線纜的90歐姆差分阻抗。

　　當(dāng)測(cè)量USB 3.0通道的S參數(shù)時(shí)，可選的儀器是時(shí)域反射計(jì)或TDR。TDR系統(tǒng)通常往待測(cè)器件注入一個(gè)階躍電壓信號(hào)然后測(cè)量是時(shí)間函數(shù)的反射電壓。差分測(cè)量通過(guò)產(chǎn)生極性相反可相對(duì)定時(shí)的階躍電壓對(duì)實(shí)現(xiàn)。這篇文章中談到的都是差分信號(hào)。

　　反射電壓與發(fā)射器和待測(cè)器件之間的阻抗失配成比例，關(guān)系如下式：

　　Z0 是源阻抗，ZL(t)是待測(cè)器件的阻抗，r(t)是反射系數(shù)，Vr(t)/Vi(t)是入射和發(fā)射電壓的比率。式(1)假設(shè)到待測(cè)器件的源，線纜和連接器都是匹配的，但事實(shí)上這種情況很少見。為了補(bǔ)償線纜和連接器的不理想，參考平面校正(基線校正)通常進(jìn)行開路，短路，負(fù)載校準(zhǔn)。調(diào)整式 (1)可以得到待測(cè)器件的阻抗和時(shí)間(或距離)的函數(shù)，所以可以使用校準(zhǔn)過(guò)的TDR做阻抗測(cè)量。

　　圖1展示了USB 3.0 帶有連接器線纜的的阻抗曲線。曲線表明了隨著TDR 階躍信號(hào)在線纜中的行進(jìn)阻抗變化是時(shí)間的函數(shù)。注意軌跡兩頭的阻抗變化，那是由于連接器引起的，當(dāng)使用上升時(shí)間100ps (階躍信號(hào))測(cè)試時(shí)連接器的阻抗規(guī)定是90+/- 7歐。TDR的上升時(shí)間非常重要，因?yàn)樽杩棺兓蚑DR階躍信號(hào)的上升時(shí)間成反比，而規(guī)范規(guī)定的USB 3.0信號(hào)的上升時(shí)間是100 ps，測(cè)量中匹配這個(gè)上升時(shí)間將給出信號(hào)“看到的”阻抗。

　　Figure 1: Differential impedance vs. time measurement for USB3.0 cable and mated connectors

　　圖1：USB 3.0帶有連接器線纜的 差分阻抗 vs 時(shí)間 測(cè)量

　　回波損耗或S11 是頻域的測(cè)量和反射系數(shù)有關(guān)。歸一化(通過(guò)反射平面校準(zhǔn) 基線校正)反射系數(shù)的傅里葉變換給出了回波損耗是頻率的函數(shù)。圖2給出了USB 3.0線纜和連接器測(cè)量的結(jié)果。圖中的橫軸表示2GHz/div，范圍是0~20GHz，縱軸表示10dB/div。回波損耗在2GHz大約是15dB,但隨著頻率的增加開始變得越來(lái)越小。精細(xì)的空值間隔是由線纜末端的連接器引起的，較大的空值間隔是由于連接器內(nèi)部的阻抗結(jié)構(gòu)決定的。