前言

隨著數字電路高帶寬、高速率發展，反射、串擾、抖動等信號完整性問題愈加嚴重，包含PCB傳輸線、過孔、連接器、線纜在內的所有傳輸鏈路器件都有著不可忽略的影響。嚴格控制每個部件的信號質量是確保全鏈路正常傳輸的有效手段。然而，對于大批量生產的工廠而言，要在有限的時間內把控所有產品的信號質量、分析產品問題并優化產品性能，這具有非常大的挑戰。

本文闡述了利用MeasureExpert工具結合矢量網絡分析儀的方法，對可大批量生產的PCB進行快速測試并分析其信號傳輸性能，能夠幫助工程師快速判斷產品是否合規，精確分析產品失效原因，進而提高優化效率。

矢量網絡分析儀校準

PCB的信號傳輸特性能否正確表征與測試儀器精度相關。網絡分析儀測試過程中的誤差主要分為系統誤差、隨機誤差和漂移誤差。系統誤差主要由儀表內部測試裝置的不理想導致，不隨時間變化，可重現；隨機誤差是隨時間變化，不可預測的，主要由儀表內部噪聲造成；而漂移誤差主要是由于溫度變化造成的性能漂移。這些誤差會嚴重影響測試精度，因此需要做儀器校準。校準原理即是對已知參數的校準器件進行測量，獲得誤差模型，基于此誤差模型進行計算進而去除誤差的影響。

MeasureExpert校準方式包含機械校準和電子校準，校準流程化。

圖 1?

矢量網絡分析儀校準流程

批量化的Delta L測試

1.Delta L去嵌原理

通道的損耗是影響高速I/O信號傳輸性能的重要因素，損耗測量會引入探針/SMA、焊盤、過孔等影響，這對于管控PCB傳輸線損耗，分析相關材料屬性是一大難題。

Delta L是一種操作簡單、精度高的去嵌方法。首先設計兩條只有長度不同的傳輸線，長度為L2的短線B插損值ILB = IL(fixture)+ ILL2 + IL(fixture)，長度為L1的長線A插損值ILA = IL(fixture)+ ILL1 + IL(fixture)，然后對長短線做相關數學運算，獲得單位長度傳輸線的插損值：IL / unit= (ILA-ILB) / (L1-L2)。由于過孔會導致多重反射，進而影響去嵌精度問題，因此L2和L1-L2的長度不宜太短。

圖2?

Delta L去嵌

2.Delta L屬性配置和產品信息編輯

MeasureExpert支持Intel Delta-L 4.0版本，測試類型可選2L和3L，判決標準可自定義設置，結果將自動判斷pass/fail，如圖3a。客戶信息、產品型號、序列號、批次號、測試溫度、操作員信息可依次鍵入, 如圖3b。

圖 3a?

SAT配置界面

圖3b?

產品信息編輯

3.Delta L測試結果顯示和報告輸出

屬性配置完成后，快速連接PCB，圖4a是3L(2inch,5inch,10inch)的測試結果顯示，主要分為3部分。測試曲線分別包含去嵌前損耗、去嵌后損耗、去嵌后每inch的損耗以及對應損耗擬合值和不確定度。測試狀態框顯示整體結果，若是Fail會顯示是由IL還是不確定導致的，本案例結果顯示PASS。圖4a下方是細節部分，顯示各判決頻點下IL值、擬合IL值、不確定度、是否pass的結果等。結果可導出csv報告, 如圖表4b顯示。

圖 4a?

Delta L測試結果顯示

圖表 4b?

Delta L測試輸出報告

批量化的TDR測試

隨著速率升高，信號邊沿變得更陡，阻抗失配以及反射變得越來越嚴重。分析信號傳輸不僅需要關注頻域性能，時域也是不可缺少的。

1.TDR屬性配置

TDR屬性配置如圖5所示。首先輸入測試的層數，傳輸線信息；然后配置阻抗判決標準（阻抗基準值、判斷范圍、取值區間、極值或均值判斷）、夾具可選擇性去除，對于只關注傳輸線阻抗而言，建議移除夾具，阻抗判決的取值區間將只覆蓋傳輸線而不會誤加入夾具阻抗進行判斷，上升沿時間可在TDR option設置。

圖 5?

TDR屬性配置

2.TDR測試結果顯示和報告輸出

?這是上升沿為15ps(10%~90%的)傳輸線測試結果，紅點是起止點，黑點表示移除的位置，從這個結果來看，傳輸線40%~70%的區間阻抗最大和最小值都滿足阻抗85ohm+-10%的要求，因而PASS。

圖6a?

TDR測試結果

圖6b?

TDR報告輸出

總結

芯和半導體的MeasureExpert工具搭載矢量網絡分析儀可實現自動化測試和批量化數據分析，內容覆蓋了頻域和時域。針對批量化的PCB，本文主要介紹了Delta L測試和TDR測試。Delta L測試連接快速，操作簡單，去嵌精度高，結果可得到單位長度傳輸線損耗值。TDR測試從時域上分析傳輸線性能，阻抗曲線可清晰顯示不同位置阻抗值。整體測試流程化，操作便捷且能節省大量的時間。

審核編輯：劉清