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高速PCB互连设计中的测试技术

作者:  信息来源:无忧机械电子  2007-1-14

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互连设计技术包括测试、仿真以及各种相关标准,其中测试是验证各种仿真分析结果的方法和手段。优秀的测试方法和手段是保证互连设计分析的必要条件,对于传统的信号波形测试,主要应当关注的是探头引线的长度,避免Pigtail引入不必要的噪声。本文主要讨论互连测试技术的新应用及其发展。 近些年,随着信号速率的不断提升,测...
互连设计技术包括测试、仿真以及各种相关标准,其中测试是验证各种仿真分析结果的方法和手段。优秀的测试方法和手段是保证互连设计分析的必要条件,对于传统的信号波形测试,主要应当关注的是探头引线的长度,避免Pigtail引入不必要的噪声。本文主要讨论互连测试技术的新应用及其发展。

图1:0.1uF电容阻抗曲线


近些年,随着信号速率的不断提升,测试对象出现了显著的变化,不再仅仅局限于传统的利用示波器测试信号波形,电源地噪声、同步开关噪声(SSN)、抖动(Jitter)逐渐成为互连设计工程师的关注重点,一些射频领域的仪器已被应用于互连设计。互连设计中常用的测试仪器包括频谱分析仪、网络分析仪、示波器以及这些仪器所使用的各种探头和夹具,为了适应不断提高的信号速率,这些测试仪器的使用方法发生了显著的变化。本文以这些测试仪器为工具,主要从以下几个方面介绍近年来互连设计测试技术的发展。

1. 测试的校准方法
2. 无源器件的建模方法
3. 电源完整性测试
4. 时钟信号抖动的测试方法

在文章的最后,还将结合刚刚结束的DesignCon2005大会对未来测试技术的发展作简要介绍。

校准方法

在三种常用的测试仪器中,网络分析仪的校准方法最为严谨,频谱分析仪次之,示波器的校准方法最为简单。因此,我们这里主要讨论网络分析仪的校准方法。网络分析仪常用的校准方法有三种,Thru、TRL和SOLT。三种方法的特性如表1所示。

表1:网络分析仪常用的校准
方法有三种,Thru、TRL和SOLT。


Thru的实质是归一化,校准时网络分析仪记录夹具的测试结果(S21_C),在实际测试中,直接将测试结果(S21_M)与S21_C相除,即得到待测件的测试结果(S21_A)。Thru校准忽略了测试夹具中的不匹配造成的反射以及空间中的电磁耦合,因此,它的校准精度最低。在仅测试S21,而且测试精度要求不高的情况下可以使用该校准方式。

在PCB等非Coaxial结构中,有时需要对走线、过孔、连接器等的特性做测试。在这种情况下,测试仪器供应商没有提供标准校准件,而且测试人员也很难在测试校准端口做出良好的开路、短路、匹配负载等校准件,因此,不能做传统的SOLT校准。利用TRL校准的优点是不需要标准校准件,可以将测试校准端口延伸至所需要的位置。目前TRL校准在PCB结构测试中的使用已经比较广泛。

SOLT通常被认为是标准的校准方法,校准模型中共有12个校准误差参数,通过使用短路、开路、负载和直通对各种误差做校准计算。由于测试仪器供应商通常仅提供Coaxial校准件,所以在非Coaxial结构,无法使用SOLT校准方法。

以上三种校准方法都可以利用信号流图的方式做详细的分析,其中各个误差参数在信号流图中均有对应参数。通过信号流图,可以很清楚的了解各种校准方法的误差敏感度,从而了解实际测试的误差范围。这里需要提出的一点是,即使是标准的SOLT校准方法,在校准模型中也忽略了五个误差参数。通常情况下,这五个误差参数不会影
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