測試平臺上的阻抗測試方案
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在工業(yè)和特殊產(chǎn)品測量技術(shù)領(lǐng)域可以發(fā)現(xiàn)一些通用性較低的TDR.在過去二十年中這些領(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)軟件針對測量測試板阻抗進(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)計與測試，理由是缺少合適的探針——更糟糕的是——太慢的信號上升時間tr導(dǎo)致太小的信號帶寬，繼而只允許對最小長度約10cm的線進(jìn)行表征。
作為第三個版本，還有“自我制作的”解決方案。這方面市場上有為數(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。不過在這種情況下，必須在數(shù)據(jù)記錄、誤差減小、阻抗計算和結(jié)果歸檔等方面開發(fā)合適的軟件，以便可以追問源自某個來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公司最初開發(fā)過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PCB制造商Elekonta Marek GmbH的合作過程中，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量的所有需求。這是一種高穩(wěn)定的差分時域反射計，適合速率高達(dá)10Gbit/s的差分和單端傳輸線的阻抗測量。這種儀器具有65ps的階躍信號發(fā)生器，因此支持對測試板和實際電路的高分辨率測量。另外，DTDR-65具有特別好的抖動性能（Jrms<500fs），而這種性能通常是高端設(shè)備才有的。
同時開發(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/失敗（PASS/FAIL）聲明非常簡單。下面介紹了一些簡單的應(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)域的過渡非常明顯。在錯誤安裝連接器的情況下，電容下降（朝低阻抗變形）是可見的。當(dāng)外部和內(nèi)部導(dǎo)體安裝靠得太近時這種效應(yīng)會頻繁發(fā)生（也就是構(gòu)建了一個電容）。
圖3:正確安裝SMA連接器（1,綠）和錯誤安裝SMA連接器（2,紅）時RG 405同軸電纜的反射圖。
圖4顯示了4層印刷測試電路上的差分傳輸線的阻抗曲線。傳輸路徑一開始是第一層（頂層）中的微帶線，然后通過一個過孔轉(zhuǎn)到第二層，此時仍然是微帶線，再通過第二個過孔回到第一層表面。這個路線經(jīng)過幾次反復(fù)，最終在第一層終止。顯然這個測試電路不能達(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，過孔的電容因素會嚴(yán)重影響實際系統(tǒng)中的信號完整性，尤其是在高數(shù)據(jù)速率時更甚。
圖4:在FR4基板的兩個不同層上布線的差分線反射圖。
作為最后一個例子，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（時間范圍t<12.2ns）。從測試適配器到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)期的那樣與所有測量一致。曲線3（綠色）代表開放式適配器的結(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，每個組件由一個適配器和一個后續(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，開發(fā)人員能夠利用DTDR-65直觀深入地觀察傳輸路徑。開發(fā)人員和質(zhì)檢人員的任務(wù)通常包含對所獲得的結(jié)果進(jìn)行容易理解的歸檔。這項任務(wù)非常重要，但遺憾的是非常耗時，而且單調(diào)乏味。不過這種不受歡迎的工作現(xiàn)在可以用內(nèi)置的自動化報告生成工具極大地簡化，只需幾次點擊就能形成圖形化和統(tǒng)計性的擴(kuò)展性評估結(jié)果。另外，對大多數(shù)普通線路類型來說還可以使用在線阻抗計算器。
圖5:帶開放電路（3）和兩個不同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)過程中的系列測量，高精度探針用于研發(fā)--見圖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應(yīng)用中使用。
圖6:用于時域反射計DTDR-65的不同探針和附件。
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