云計算，智能手機和LTE服務使網絡流量顯著的增加。為了支持這些增加的流量，IT設備，如那些用于數據中心的高端服務器的速度必須增加，這對信號完整性測試的工程師提出了挑戰，因此需要更先進的測試儀器，例如矢量網絡分析儀（VNA）,如下圖1中所示。

成本/性能權衡

更高的數據傳輸速率引入新的設計挑戰（如印刷電路板的導體趨膚效應和介電損耗），以及設計權衡相關的過孔，疊層，和連接器引腳。評估的背板材料的選擇和各種結構的影響，需要在頻域和時域進行精確的測量。精確的測量為成本/性能權衡決策提供了信心。其目的是通過眼圖評估互連的影響。圖2示出背板在眼圖上的影響的一個例子。

?

有些問題是由于過孔，疊層和連接器引腳所引起的。然而，頻域數據本身不足以定位特定問題的位置。此時有必要變換到時域數據。無源元件，以及子板之間的近場和遠端點，必須測量電路板的頻率域和時間域，以確保在每個測量點的傳輸特性滿足標準。用最好的分辨率，來提高對不連續性，阻抗的變化，和串擾等問題的定位能力。此外，今天的許多結構是電大尺寸并對測量解決方案的無混疊的范圍施加壓力。

準確的模型有助于加快設計周期。然而，模型好壞僅取決于模型加載的參數，不準確的參數會最終導致仿真結果的不準確，潛在的銜接問題和不精確。反之，低頻測試信息不準確導致的直流外推誤差，也降低了模型的準確性，并與3維電磁仿真結果不一致。

在很多情況下可能無法直接連接到被測設備（DUT）。在這些情況下，去嵌入DUT周圍的測試夾具就很有必要。有時需要與此相反的過程：對于某個器件，當周圍環繞其他網絡時，使用嵌入功能來評估器件的性能。然而，許多消極和本質的問題是由于不良的校準和去嵌入方法。此外，高的夾具損耗可能會影響去嵌入的準確性和可重復性。幸運的是，面對這些挑戰，最新的矢量網絡分析儀技術可以提供解決方案。

最大頻率范圍

高端和低端的頻率范圍限制了對背板或其它互連的S-參數表征，并影響數據質量和任何后續的建模，但原因不同。通常首先想到的是高端的頻率范圍，許多人對NRZ時鐘頻率3次或5次諧波進行測量。對于一個28 Gbps的數據傳輸速率，這意味著一個42 GHz或70 GHz截止頻率的S-參數掃描。另一種對測量頻率上限的考慮是基于因果性。當S-參數數據被轉換成時域用于進一步仿真，因果性誤差可能會出現。

對頻域數據整理時，可以減少這些問題，有很多潛在的問題與對設備實際特性的曲解相關。要使仿真更安全，更準確，使用盡可能寬的頻率范圍– 直到最高頻點的重復性和失真（例如，DUT開始有效地輻射，測量非常依賴周圍環境）會影響測試結果。由于在更高層次的仿真中，正在研究更快和更復雜的瞬態響應，所以更寬頻率范圍數據的需求變得更強烈。

?

低頻端的頻率掃描范圍同樣重要。當獲得數據越接近直流, 越能提高模型精度。例如，考慮這樣一種情況下，測得的S-參數的數據被送入一個軟件的背板模型,來估計在眼圖上的影響。圖3示出在低頻數據有一些錯誤時，眼圖仿真的結果。在這個例子中，發現在較低的頻率（10 MHz）上，傳輸測試的一個0.5 dB誤差,能使一個眼睛85%張開的眼圖完全封閉。由于中頻段（10 GHz）的傳輸不確定性可能接近0.1dB，取決于設置和校準，在低頻頻率時，不確定度反而會更高，眼圖失真效應不能忽視。

?

?

圖4顯示的是當低頻測量數據的質量比較好，并且低頻向下延伸至70 kHz時眼圖的仿真結果，這個仿真結果與圖5中使用示波器測量的實際眼圖很一致。

本質上非過渡部分的眼圖是其低頻頻率的內在表現，計算低頻S參數靈敏度數據是有意義的。因為低頻率的插入損耗較小，一個大的固定dB的誤差（這是VNA的不確定性往往表現）是特別有害的。

優化時域分辨率

矢量網絡分析儀的時域分析的關鍵性能是定位故障位置。在一般情況下，更寬的頻率掃描范圍，可以得到更好的時間分辨率和空間分辨率。圖6示出了時域分辨率在三個不同的頻率跨度下的差異：40，50，和70 GHz。當使用低通時域模式時,分辨率最大化。低通模式，還允許分析背板上特性阻抗的變化，需要一個準諧波相關的設置,對應盡可能的最低開始頻率。 一個 DC推算以提供相位參考，因此可以評估不連續的真正性質。因此，較低的低頻頻率掃描，可以更好的獲得直流外推項。

?

結論

更高的數據傳輸速率需要精確的測量, 給性能/成本決策提供信心。測量工具必須幫助縮短設計時間，并在大規模生產中確保穩定的信號完整性。VNA可以發揮關鍵作用，以幫助信號完整性工程師迎接增長的數據速率挑戰，作出適當的成本/性能折衷，實現仿真和測量之間的一致性，并去除夾具的影響。當選擇VNA時，要考慮一些特征，例如高頻和低頻的頻率范圍，時域的性能，以及先進的校準和去嵌入技術等。