GB∕T 5095.2507-2021 电子设备用机电元件 基本试验规程及测量方法 第25-7部分：试验25g：阻抗、反射系数和电压驻波比（VSWR）

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ICS31.220.10

L23

中华人民共和国国家标准

GB/T5095.2507—2021/IEC60512-25-7:2004

电子设备用机电元件

基本试验规程及测量方法

第25-7部分：试验25g:

阻抗、反射系数和电压驻波比(VSWR)

Electromechanicalcomponentsforelectronicequipment—

Basictestingproceduresandmeasuringmethods—

Part25-7:Test25g：

Impedance,reflectioncoefficient,andvoltagestandingwaveratio(VSWR)

[IEC60512-25-7:2004，Connectorsforelectronicequipment—

Testsandmeasurements—Part25-7:Test25g:Impedance»reflection

coefficient,andvoltagestandingwaveratio(VSWR)，IDT]

2021-03-09发布

2021-10-01实施

GB/T5095.2507—2021/IEC60512-25-7:2004

目次

tuW I

1范围和目的 1

2术语和定义 1

3试验设施 2

3.1设备 2

3.2糙 3

4试验样品 4

4.1翻 4

5试验程序 4

5.1日拗 4

5.2觀 5

6相关标准应规定的细则 6

7试验记录文件 6

附录A（规范性附录）测量系统上升时间 8

附录B（资料性附录）样品近端和远端的确定 11

附录C（资料性附录）校准标准和试验板标准线路 12

附录D（资料性附录）TDR阻抗曲线图说明 15

附录E（资料性附录）电气终端 17

附录F（资料性附录）实用指南——可变上升时间 19

附录G（资料性附录）电子测量用印制电路板的设计依据 20

附录H（资料性附录）试验信号发射构件 24

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GB/T5095（（电子设备用机电元件基本试验规程及测量方法》按试验方法分为若干部分。

GB/T5095的第25部分为信号完整性试验，已经发布或计划发布的部分如下：

一第25-1部分:试验25a:串扰比；

第25-2部分:试验25b:衰减（插人损耗）；

——第25-3部分:试验25c:上升时间衰减；

——第25-4部分:试验25d:传输时延；

一第25-5部分:试验25e:回波损耗；

一第25-6部分:试验25f:眼图和抖动；

——第25-7部分:试验25g:阻抗、反射系数和电压驻波比（VSWR）；

一第25-9部分：信号完整性试验试验25i:外来串扰。

本部分为GB/T5095的第25-7部分。

本部分按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。

本部分使用翻译法等同采用IEC60512-25-7：2004«电子设备用连接器试验和测量第25-7部分:试验25g:阻抗、反射系数和电压驻波比（VSWR）》。

本部分做了下列编辑性修改：

一标准名称由《电子设备用连接器试验和测量第25-7部分:试验25g:阻抗、反射系数和电压驻波比（VSWR）》修改为《电子设备用机电元件基本试验规程及测量方法第25-7部分:试验25g:阻抗、反射系数和电压驻波比（VSWR）》。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。

本部分由中华人民共和国工业和信息化部提出。

本部分由全国电子设备用机电元件标准化技术委员会（SAC/TC166）归口。

本部分起草单位：四川华丰企业集团有限公司、中国电子技术标准化研究院。

本部分主要起草人：庞斌、朱茗、肖淼、刘俊、汪其龙。

I

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电子设备用机电元件

基本试验规程及测量方法

第25-7部分：试验25g:

阻抗、反射系数和电压驻波比(VSWR)

1范围和目的

GB/T5095的本部分适用于互连组件，如IECTC48范围内的电连接器和电缆组件。

本部分描述了在时域和频域内测量阻抗、反射系数和电压驻波比(VSWR)的试验方法。

注：这些测试方法是为专业试验人员编写的，这些试验人员具备电子领域的专业知识并经过使用测试设备的培训。由于测量值受装置和设备的强烈影响，该方法未能叙述所有可能的复合作用。主要设备制造厂提供的应用说明书，对如何最恰当的使用其设备作了更深人的专业说明。至关重要的是相关标准中宜包括让试验人员了解如何安排和进行所要求测量的说明和简图。

2术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

2.1

测量系统上升时间measurementsystemrisetime

安装就位无样品，并具有滤波(或归一化)作用的装置测量的上升时间。通常，测量的是10%〜90%电平的上升时间。

2.2

样品环境阻抗specimenenvironmentimpedance

由装置在样品信号导线上引起的阻抗。该阻抗是由传输线路、终端电阻、附装的接收器和信号源以及装置的寄生效应产生的。

2.3

反射系数reflectioncoefficient

在任一给定点的反射电压与人射电压之比。反射系数由式(1)给出：

式中：

r——反射系数；

Vreflected反射电压；

Vincident 人射电压；

zL —装置或样品阻抗；

zQ —样品环境阻抗。

注：时域内的反射系数符号通常采用p，而频域采用r。

2.4

阻抗impedance

在特定频率下，电路对交流电流所呈现的全部阻碍。它是一测量的电阻(K)和电抗(X)的组合，以

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(3)

欧姆（n）为单位。作为S-参数函数的阻抗计算式为式（2）:

1+5

1+(0

1-(0

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式中：

Z—阻抗；

Zo—样品环境阻抗;-一耗散参数；

R——电阻；

X 电抗；

<0——反射系数。

2.5

电压驻波比voltagestandingwaveratio；VSWR

传输线的电压最大值与任一给定点的最小值之比。VSWR可用式（3）表示:

VSWR—^max

||Vine+Vrefl|

IV.

|vmin

| |Vine-Vrefl|

式中：

Vmax

-电压最大值；

V—

-电压最小值；

Vine

-人射电压；

Vrefl

-反射电压。

(i+Irl)

VSWR=

(i-|r|)

式中：

VSWR

一电压驻波比；

r

一反射系数。

2.6

耗散参数(s参数)scatteringparameter(s-parameter)

受试器件输人端口的反射系数，定义为反射电压与人射电压之比。

2.7

终端（电子应用）termination（electronicsusage）

与传输线末端连接的阻抗，通常用来将线路的反射能量减至最小。

2.8

阶跃幅度stepamplitude

0%和100%电平之间的电压差，上冲峰突和下冲峰突可忽略不计。

3试验设施

在确定时域和频域测量之间的等值关系时应注意，两者之间是复数关系，并且在未进一步计算和理解的情况下，不应使用应用带宽=（0.35/上升时间）。

3.1设备

3.1.1时域

虽然可采用示波器和脉冲发生器，但优先选用应用阶跃函数改进了测量精度的时域反射计

2

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（TDR）。也可采用具有FFT（快速傅里叶变换）软件的网络分析仪。

注：试验人员宜了解通过仪器进行的任何数学运算的局限性（如FFT）。

可变上升时间

如要求，应备有改变信号上升时间的装置，这可包括在试验设备的自身内，也可通过附加的滤波器或软件来实现。可变上升时间的实用指南参见附录F。

注：试验人员宜了解通过仪器或软件进行的任何数学运算的局限性，如归一化或软件滤波。

差分测量

试验设备应具有直接进行差分测量的能力，或设备应能根据多个单端测量进行阻抗计算。

3.1.2频域

应采用矢量网络分析仪或阻抗分析仪。

注1：试验人员宜了解装置的频率界限。

注2:试验人员宜了解进行任何数学函数运算的所有局限性（如归一化、逆向FFT或软件滤波）。

差分测量

差分测量可采用网络分析仪和平衡-不平衡转换器。

注：试验人员宜了解平衡-不平衡转换器的电气特性，平衡-不平衡转换器作为试验装置的一部分对测M会有非常大的影响。

3.2装置

装置应能足以测量所有样品，以便可以论证不同的几何形状、材料、传输通道等，并保证有代表性样品性能的抽样检验。电子测量用印制电路板的设计依据参见附录G。试验信号发射构件的优点和缺点对比参见附录H。

注：由于装置的寄生效应，装置的几何形状和材料可能会对测M产生影响。通常，其最合理的装置方式是由产品的预定用途决定的。

3.2.1样品环境阻抗

除非相关标准中另有规定，样品环境阻抗应与试验设备的阻抗相匹配。通常，对于单端测量，该阻抗为50£1，差分测量为100£1。

3.2.2终端

当采用终端电阻时，应注意在试验频率范围内尽量减小终端负载的寄生电抗（参见附录E）。

3.2.3校准特性

校准和参考线路参见附录C。

注：本部分中采用的术语“校准”不要与工厂设备的周期校准混淆。本部分采用的校准意在使装置具有某种特性，以便在进行“装置加样品”的测量时，能单独精确地确定样品的特性。

时域

装置应具有可及时确定样品近端和远端的特性（参见附录B）。校准面应尽可能靠近样品。当装置包括印制电路板及其线路连接的两个连接器时，装置应具有标准线路能测量该测量系统的上升时间。标准线路应具有初始点和终点，其位置与受试器件（DUT）初始点和终点相同。这是因为标准线路长度应与印制电路板线路长度相同。

3

频域

装置应具有能进行开路、短路和负载测量的特性。这可通过两种方法中的一种来达到。第一是提供包括开路、负载和短路标准的标准线路。第二是提供一接口，使这些标准件能直接施加在装置的末端，并紧接在受试器件输人面之前。当采用开路/短路法时，装置应包括对激励线路远端的开路和短路进行测量的特性。

注：可采用其他校准方法（如直通-反射-传输线）。装置宜具备适合这些校准方法的特性。

3.2.4单端

装置应能一次激励一条信号线路。激励线路远端应端接在样品环境阻抗（通常为50£1）内。建议在传输延迟大于两倍测量系统上升时间的样品后加人一段传输线。除非参考文件中另有规定：一应采用1:1的信号-接地比；

近端和远端应共用标明的接地线路；

一相邻信号线路应端接在样品环境阻抗内。

3.2.5差分

装置应能一次激励一对信号线路。激励线对应端接在样品环境阻抗（通常为100£1）内。建议在传输延迟大于两倍测量系统上升时间的样品后加人一段传输线。除非参考文件中另有规定：应米用2:1的信号-接地比（每一接地回路对应一信号对）；

近端和远端应共用标明的接地线路；

一相邻信号线路应端接在样品环境阻抗内。

注：频域内的差分应用采用2-端口网络分析仪，装置包括采用的平衡-不平衡转换器。

4试验样品

4.1说明

用于本试验规程的试验样品应按如下所列。

4.1.1可分离连接器

连接器插合对。

4.1.2电缆组件

组装好的连接器和电缆，及其插配连接器。

5试验程序

5.1时域

5.1.1按制造厂规定的测量方法采用精密阻抗标准件和/或线路校准设备和装置。校准面朝向样品的输人接口（详细资料见）。

5.1.2将TDR信号线路与试验装置的标准线路相连接。

5.1.3除非相关标准中另有规定，信号上升时间应为设备能够提供的最快信号。若还需要较慢的信号上升时间以近似应用条件，可采用表1中的一个上升时间。用标准线路测量和记录测量系统上升时间，如图A.1所示。

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表1补充的测量系统上升时间

（包括装置和滤波器）

样品采用的典型应用上升时间

测量系统上升时间

PS

PS

100〜500

100

>500〜1000

500

>1000

1000

5.1.4测量和记录试验装置所需的参数（阻抗、反射系数和/或电压）并绘制曲线。若设备不能直接显示所需参数时，换算式见第2章中的适用定义。

5.1.5将TDR线路与装有样品装置的激励线路相连接。

5.1.6样品放置距任何可能会引起测量误差的物体至少5cm处。

5.1.7确定样品的近端和远端。附录B叙述了确定样品的近端和远端的方法。

5.1.8在试验设备上显示和记录所需电参数。若设备不能直接显示所需电参数时，换算式见第2章中的适用定义。TDR曲线的示例见图A.2,说明TDR阻抗的曲线图示例参见附录D。

单端测量

设置试验设备以显示激励信号线路波形。

差分测量

设置试验设备以显示说明两条激励信号线路波形之间差异的波形（通常为“曲线1减曲线2”）。注：若TDR设备不具备该功能，可通过采集系统收集的原始电压数据和合适的数据处理软件来完成数学运算。5.1.9当要求时，改变测量系统上升时间并重复5.1.2〜5.1.8。记录测量系统上升时间和相应数据。注：当改变测量系统上升时间时，试验人员宜了解通过仪器进行的任何数学运算的局限性（如归一化或软件滤波）。5.1.10如需要，在整个样品的多条线路上重复5.1.5〜5.1.9。

5.2频域

5.2.1概述

按制造厂的规范采用精密阻抗标准和/或电缆线路校准设备和装置。校准面朝向样品的输人接口（详细资料见）。

注：提醒试验人员，宜采用测量模式进行校准，如5U0

装置测量

设置分析仪为单端（或类似的）测量。按相关标准中规定的所需参数（阻抗、反射系数、回波损耗、电压驻波比）选择显示模式。若采用网络分析仪，测量和记录511，网络分析仪曲线图示例见图A.3。建议采用下述设备设置：

具有对数频率刻度和线性Y轴的直角坐标图；

——至少201个测量点；

1%的最大滤波。

若设备不能直接显示所需参数时，换算式见第2章中的适用定义。

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5.2.2样品测量 直接法

将分析仪线路与装有样品装置的激励线路相连接。在样品环境阻抗内端接试验样品的远端。样品放置距任何可能会引起测量误差的物体至少5cm处。

在规定的试验频率范围内或个别频率下测量和记录所需参数值。若设备不能直接显示所需参数时，换算式见第2章中的适用定义。

如需要，在整个样品的多条线路上重复〜。

当要求进行不同试验频率或范围的附加测量时，校准步骤按的规定，然后，同样应重复

〜。

5.2.3样品测量——开路/短路法

将分析仪线路与装有样品装置的激励线路相连接。

样品放置距任何可能会引起测量误差的物体至少5cm处。

将样品的远端设置为开路，测量和记录开路阻抗Zoc。

将样品的远端设置为短路，测量和记录短路阻抗Zsc。

采用式（5）计算阻抗：

2=-\/2ocX2sc （5）

式中：

Z——样品阻抗；

Zoc——开路阻抗；

Zsc. 短路阻抗。

采用该计算的阻抗值可计算出其他电参数，例如采用第2章中的式（1）〜式（4）可计算出反射系数、VSWR和回波损耗等。

如要求，在整个样品的多条线路上重复〜。

当要求进行不同试验频率或范围的附加测量时，校准步骤按的规定，然后，同样应重复

〜。

6相关标准应规定的细则

相关标准中应规定下列细则：

a） 测量的电参数，如阻抗、反射系数和/或VSWR。

b） 测量系统上升时间（若不同于设备所能提供的最快速度）或试验频率。

c） 任何与装置、终端结构和电性能有关的特殊要求。

d） 单端或差分测量。

e） 信号/接地模式，包括信号和接地的数量和位置。考虑到样品内阻抗的变化，建议在样品内测量足够的位置。

f） 单端不同于50£1，差分不同于100fl的样品环境阻抗。

g） 任何需要的曲线图，如TDR曲线图、参数与频率的关系曲线或Smith圆图。

h） 样品测量或计算的时域参数最小、最大或平均值（当要求平均值时，也应报告最小和最大值）。

i） 样品在要求的频率范围或规定频率测量或计算的频域参数最小、最大或平均值（当要求平均值吋，也应报告最小和最大值）。

#

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7试验记录文件

记录文件应包括第6章中规定的细则和例外，以及下列细节：

a） 试验名称。

b） 采用的试验设备，及其上次和下次校准日期。

c） 试验方法，时域或频域。若为频域，说明采用的是直接法或开路/短路法。

d） 计算值和观测值。

e） 代表性图形（如有）。

f） 操作人员姓名和试验日期。

19

附录A

（规范性附录）

测量系统上升时间

当确定测量系统的上升时间时，建议在TDR或示波器上的时间刻度设定为大的时间间隔设置，以确保任何振铃或其他短期干扰的影响不会改变测量的0%和100%电平。

■输入・

上升时间

注：计算0%和100%电平时，上冲峰突和下冲峰突可忽略不计。

图A.1上升时间测量点示例

200m/格

触发指示

-1.018

连接

器始端

连

接器末端

1

1

r

、

JA

u

——

—

1

—

—

—

—

—

—

1

1

902m

100ps/格

43.57ns

42.57ns

图A.2TDR输出示例，2条曲线（不同上升时间）以及样品的起始和终止点

起始

3000000MHz

终止

6000000MHz

图A.3分析仪输出示例，阻抗与频率对数曲线

附录B

（资料性附录）

样品近端和远端的确定

B.1当进行某些测量时，能够及时确定试验装置内样品的近端（“起始”）和远端（“终止”）是非常重要的。样品的近端（“起始”）和远端（“终止”）可通过测量装置单独的近端传输延迟、装置单独的远端传输延迟和装有样品装置的传输延迟来确定。当采用印制电路板装置时，此方法是有效的。

B.2将TDR设备与C.2.1.1中所述的标准线路近端连接。观测显示器上TDR阻抗曲线急剧下降的时间。记录该时间作为样品近端的时间位置。

B.3将TDR设备装有样品的装置相连接，并测量传输延迟。

B.4将TDR设备与C.2.1.1中所述的标准线路远端相连接。观测显示器上TDR阻抗曲线急剧下降的时间。样品远端的时间位置为装有样品装置的传输延迟减去该值。

注：在“TDR模式”中显示的传输延迟为实际值的两倍。在“TDT模式”中传输延迟等于实际值。

附录C

（资料性附录）

校准标准和试验板标准线路

C.1校准标准

C.1.1设备的校准，应使用可追溯的校准阻抗标准作为参考基线。具体的设备校准应根据制造商的说明进行。但是，应注意用于该校准程序的有关标准和其他装置。

注：本部分中采用的术语“校准”不要与丁厂设备的周期性校准混淆。本部分采用的校准意在使装置具有某种特性，以便在进行“装置加样品”的测M时，能单独精确地确定样品的特性。

C.1.2可能时，装置应设计成能使校准标准的附件尽可能靠近样品。装置机械误差造成的反射会增加测量误差。

C.1.3不应采用印制电路试验板作为校准标准。因为不同的印制电路板技术、加工控制和材料变化，难以保证不同的电路板设计或加工技术对阻抗测量会具有相同的校准基准。印制电路板上“受控阻抗线路”的阻抗值通常为指标值的±10%或±5%。在测量和应用中，这可能是合适的可接受的公差，但是，对校准目的而言，这不应用来作为基线。

C.2试验板参考线路

在试验电缆端头采用可追示的标准终端，将能更准确地测量试验装置印制电路板效果。专业试验人员能准确地测出印制电路板装置的阻抗或传输特性，并且不准许试验设备试图校正任何装置突变。图C.1和图C.2所示为用于板与板连接器采用SOLT校准线路结构的单端试验板。采用其他方法校准，例如TRL，将需要不同的结构。

1l_

长度=A'1

图c.i典型的母板试验装置

长度=12

长度=X2

注：制成的导电线路无锐角转角，图中所示只是举例说明该方法设计的等效长度线路。

图C.2典型的子板试验装置

C.2.1时域

试验板应包括标准线路，用于测量测量系统上升时间和已包含试验装置影响的TDR系统阶跃信号幅度，以及TDR信号源和采样头响应时间。应注意采用该测量的阶跃幅度用于归一连接器反射将会校正某些TDR系统/电缆间阻抗电平失配和在近端的试验板影响。

下述为推荐的试验装置配置。

C.2.1.1标准线路末端在一通孔内，并且与标准面层短接。该标准线路的长度应与连接至受试器件近端的线路长度相同。

有效阶跃信号上升时间和幅度等于该标准线路远端短路终端的负阶跃反射幅度和下降时间的TDR测量值。当试验板的阻抗与TDR头和试验电缆的阻抗不能准确匹配时，从零反射电平至“短路”或“一1/’电平的下降转变，将包括附加的正或负阶跃部分。推荐的用于测量有效试验系统波幅和下降时间的波形部分如图C.3所示。

C.2.1.2标准线路末端在一通孔内，并且相对于相应的标准面层为开路。该标准线路的长度应与连接至受测器件近端的线路长度相同。

C.2.1.3标准线路末端在一通孔内与样品环境阻抗连接。该标准线路的长度应与连接至受试器件近端的线路长度相同。

C.2.1.4直通传输线路的长度等于单通道的总的装置线路长度（近端和远端线路的长度）。试验装置应在两端备有相同的同轴电缆或探头连接处。

在此情况下，当与装置板一起使用时，TDR系统的有效上升时间和幅度根据该标准线路的TDT测量（测量系统上升时间）确定。当试验板的阻抗与TDR的阻抗不准确匹配时，在传输的阶跃波形上将会出现第二次延迟阶跃。推荐的用于测量有效试验系统波幅和上升时间的波形部分如图A.1所示。注：试验板宜包括的标准结构（包括引线焊盘、接地、线路、通孔）与通常终端应用中的受试器件具有相同配置。

C.2.2频域

试验板应包括用于测量装置频域特性的标准线路，以便校正装置的影响（例如，阻抗突变）。可采用不同的校准技术，如SOLT（短路-开路-负载-直通）和TRL（直通-反射-线路）等。装置应具有适合校准方法的特性。通常采用的SOLT方法包括如下内容。

C.2.2.1标准线路末端在一通孔内，并且与标准面层短接。标准线路的长度应与连接至受试器件近端的线路长度相同。

C.2.2.2标准线路末端在一通孔内，并且相对于相应标准面层为开路。标准线路的长度应与连接至受试器件近端的线路长度相同。

C.2.2.3标准线路末端在一通孔内与样品环境阻抗连接。标准线路的长度应与连接至受试器件近端的线路长度相同。

C.2.2.4直通传输线路的长度等于单通道的总的装置线路长度（近端和远端线路的长度）。试验装置应在两端备有相同的同轴电缆或探头连接处。

注：试验板宜包括的标准结构（包括引线焊盘、接地、线路、通孔）与通常终端应用中的受试器件具有相同配置。

附录D

（资料性附录）

TDR阻抗曲线图说明

图D.1和图D.2为各种TDR阻抗曲线图示例并对各种曲线图提供了简要说明，但解释TDR曲线的所有细微之处则超出了本附录所叙述的范围。因为试验装置的损耗、电路板线路的蚀刻问题、试验板介质的变化和其他问题都可能引起显著的测量误差。

D.lTDR曲线示例

图D.1显示的TDR曲线（阻抗分布曲线）示例，包括了SMA连接器、PCB装置母板、互连样品，PCB装置子板以及开路终端。根据该TDR曲线，试验专业人员能确定如连接器的起始和终止（记录的TDR时间测量值为往返、过去和返回值）、受试器件的最大和最小阻抗值以及样品的平均阻抗。应注意，每条TDR曲线，在测量时，其测量系统上升时间是特定的，并且该资料应连同测量的阻抗值报告。

图D.1采用的测量系统上升时间为35ps时的连接器阻抗分布曲线示例

D.2采用的可变上升时间效应

图D.2显示了采用的可变上升时间效应（该曲线是采用软件滤波生成的）。所示上方的TDR阻抗曲线（测量系统上升时间为35ps时测得）与下方的曲线（测量系统上升时间为1ns时测得）相比，阻抗值的变化很大。这是由于采用了较快的测量系统上升时间提供了附加的分辨率。

注：附录F中叙述了一些可以改变有效信号上升时间的方法。

图D.2上升时间为35ps和1ns时，电缆的阻抗分布曲线示例

附录E

（资料性附录）

电气终端

E.1当相关标准规定时，装置应能与激励线路远端连接的阻性终端进行测量（见图E.1和图E.2）。为了减少任何寄生反射，建议将阻性终端同时连接至任一其他样品信号线路的近端和远端，这些信号线路将与测量的信号线路产生强烈的电耦合。这些测量使用的大多数装置，在信号源和接收器端口内部端接了50n或75n单端负载。

E.2在高频率下，由于信号和接地导线产生的寄生电抗，致使信号线路不可有理想的阻性终端，这些电抗会影响测量结果。在此情况下，希望试验装置与实际应用的几何形状（寄生性的）完全相同。

试验样品

-o

Z0<50

Zo>5O

c)

说明：

R.——电阻1；

R2 电阻2;

特性阻抗；

V（J—源电压。

最低损耗匹配器计算式为:

Z„<50Q时：

R,=50[l-(Zo/50)]0+5

7?2=Z„/[1—(Z„/50)r:

zo〉5on时：

K1=ZI,[l-(50/Zi))]"'5

尺2=5O/[1-(5O/Zci)]o+5

图E.1单端终端

+-o

试验样品

■o

50Q

接收器

Z0<100

50Q接收器

C）

说明：

R,——电阻1；

R2 电阻2;

Zo 特性阻抗；

V0 源电压。

最低损耗匹配器计算式为:

Zo>lOOD时：

^^Zoti-cioo/Zo）］0-572

}?2=1OO/：1-（1OO/Zo）］0-5

K1=100［l—（2。/100）］0-5/2

Z0<100Q时:

K2=ZO/［1—（Zo/lOO）］0.5

图E.2差分（平衡）终端

附录F

（资料性附录）

实用指南——可变上升时间

F.1与试验设备的不变上升时间相比，往往多个上升时间提供的高速电性能数据更为实用。例如，就TDR阶跃而言，上升时间可能远低于100ps，而不同应用场合的上升时间可能是其2〜10倍甚至更高。以其可能的最快上升时间作为指标提供的资料，将有助于了解能否将其用做互连系统运行的特定上升时间。

F.2由于试验设备的技术越来越先进，许多技术已能被试验设备自身运用，若试验设备未运用这些技术时，还有其他方法。这些方法包括但不限于：

一采用具有所需上升时间的阶跃发生器；

——采用更快的阶跃发生器和硬件滤波器；

——试验设备内的信号处理软件；

一试验设备外部的信号处理软件；

一采用数字信号处理（傅立叶逆变换）将频域测量转换为时域测量；

一不采用任何方法（即仅采用未改变的TDR/TDT上升时间）。

注：专业试验人员宜了解试验系统内改变上升时间的所有滤波器。这不仅包括上面列举的方法，还包括电缆、印制电路板线路、连接器等。在装置试验电路内，每一种装置构件都是必须的；按照总的有效测量系统上升时间宜测M和了解这些构件对上升时间所具有的影响。

GB/T5095.2507—2021/IEC60512-25-7=2004

附录G

（资料性附录）

电子测量用印制电路板的设计依据

G.1设计人员在设计高速数据传输试验用印制电路板时应依据若干原理。这些原理包括：由于阻抗失配所引起的反射、由于狭窄导线的集肤效应所引起的信号衰减、由于过长线路引起的谐振效应、线路间的串扰及其他等。可能影响印制电路板特性的因素包括通孔、SMT焊盘、探头接口等。这些特性在试验装置中不可避免的会造成电气突变，并且对样品的阻抗结果造成不容忽视的影响。本附录不可能详细地包含这些研究课题，而是试图为进一步分析和设计打下基础，并涉及了更详细论述该课题的读物。本附录中列出了一些有关该课题的优秀参考书目。

G.2当印制电路板线路接近临界长度（定义按G.2.7）时，为避免由于反射造成的不正确结果，其设计线路与试验设备的阻抗匹配成为主要问题。当印制板未采用嵌人式基准面时，控制印制电路板线路的线性阻抗是困难的。基准面最好为一信号接地面，但若为充分去耦，可运用任一低阻抗基准面（包括电压面）。信号线路阻抗是由导线的几何形状、包括线路的宽度和厚度、与接地或其他基准面或导线间的距离以及板材的介电常数决定的。若为差分线对，两条线路间的间距也很关键。有几个公式可用于计算印制电路板线路的阻抗，并且也可采用一些阻抗计算的软件工具。电路板阻抗公式应根据导线的相对位置及其在电路板横截面内的位置来决定。常见的例子如图G.1和图G.2所示。

图G.1微带线a）和带状线b）的几何形状

G.2.1图G.1a）中所亦为微带传输线的横截面。宽度为w厚度为A的信号线位于相对介电常数为（玻璃环氧树脂板通常在4和5之间）的绝缘层表面顶部，信号线在接地或其他基准面上的高度为ha上述结构信号线的特性阻抗由式（G.1）”给出。

(G.1)

▽— 87 （5.98A>

°=^?+1.41nl0.8w+J式中：

Zo——信号线特性阻抗；

er——相对介电常数；

h—信号线在接地或其他基准面上的高度；

w 信号线宽度；

t 信号线厚度。

1） Blood,WilliamR.,Jr.:MECL系统设计手册（Phoenix,AZ：摩托罗拉半导体产品公司，1988），第45页。

20

GB/T5095.2507—2021/IEC60512-25-7:2004

G.2.2该值为近似值，因其假定导线的3面被空气包围;若导线表面涂覆了焊剂掩膜或其他材料（通常如此），该材料较高的介电常数会使用式（G.1）计算出的阻抗值变低。

G.2.3图G.lb）中所示是一种信号线被绝缘材料包围，两侧为接地或基准面的带状线结构。该带状线结构的特性阻抗由式（G.2） Blood,WilliamR.,Jr.:MECL系统设计手册（Phoenix,AZ：摩托罗拉半导体产品公司，1988），第48页。

Buchanan,JamesE.：BiCMOS/CMOS系统设计（NewYork：McGraw-Hill,1991）,MECL系统设计手册（Phoenix,AZ：摩托罗拉半导体产品公司，1988）,第109页。

给出。

60厂 46

Zo=—In—— — （G.2）

er|_0.67tcw（0.8+/w）_

式中：

Zo——信号线特性阻抗；

er——相对介电常数；

b 绝缘层高度；

w 信号线宽度；

t——信号线厚度。

G.2.4还有一种类似结构，上述导线位于印制电路板表面内，只在一个方向邻近接地或基准面。这被称之为“埋人”式微带线或“覆盖”式微带线，如图G.2所示。

—►

w

t

b

fnrnmr

1

1

T

h

T

接地

电介质

27

图G.2埋入式微带线的几何形状

该结构的特性阻抗由式（G.3P给出。

Zo

(G.3)

式中:

Zo——信号线特性阻抗；

er——相对介电常数；

h 信号线在接地或其他基准面上的局度；

w 信号线宽度；

t 信号线厚度。

G.2.5式（G.1）〜式（G.3）都用于处理单端（非平衡）信号线路。在差分（平衡）信号线路中，阻抗比惯用的单端阻抗更难计算，要解决此类问题通常需采用场解算器软件。可能情况下建议不采用通孔，因为通孔的电容会导致阻抗失配并因此在信号通道内产生反射。在采用表面接地面来构建带状线结构时，表面与嵌人式接地面应通过通孔连接，间距不应超过A/8,以防止印制电路板上的谐振及其他寄生效应。

G.2.6由所谓集肤效应所引起的高频信号（或非正弦信号的高次谐波）衰减是一种众所周知的现象。

当集肤深度3小于导体厚度 Deutsch.A.：“高性能互连系统的电气特性”，IEEE学报86卷第2期，1998年2月。

约1/3时，集肤效应将变得更加显著。在给定的有关频率下，以米为单位的集肤深度由t/=O.O660/戶给出 Ramo，S.，Whinnery,J.R.,和VanDuzer,T.:通信电子学中的场与波（NewYork:Wiley，1969），第289页。

，或在1GHz时约为2.1mm。假设印制电路板线路采用的导体厚度为典型的0.0014in（1.4mils或0.036mm,通常称为“1盎司”铜），这表明在频率约为85MHz时，集肤效应将变得显著。

G.2.7应考虑的另一种效应为谐振。谐振可能会导致意想不到的结果，甚至引起器件/装置振动。在激励信号频率下，该效应不仅表现在激励信号频率处，而且也会出现在这些激励信号频率的谐波处，正方或接近正方脉冲的频谱容量可能扩展超过预期的最高频率。显著频谱容量的最高频率可按/max=l/（7tir）计算，式中~为激励信号的上升或下降时间 Ott,HenryW.:电子系统减噪技术（NewYork：Wiley,1976）,第111页。

。

注：这与信号的周期无关，因此，对于具有1ns上升时间的100MHz信号，存在于该信号的显著频谱容量高达

300MHz。可能会由于谐振效应出现问题的印制电路板线路的“临界长度”由式（G.4）给出 Buchanan.MECL系统设计手册（Phoenix,AZ：摩托罗拉半导体产品公司，1988），第125页。

。

式中：

G——信号上升时间；

ipd——介质（通常为玻璃-环氧树脂）中每单位长度的传输时延。该传输时延通常在印制电路板里面为80ps/cm〜

100ps/cm（200ps/in~250ps/in），在外表面为55ps/cm（170ps/in）,得出信号上升时间为1ns时的临界长度约为6cm（2in）。

G.2.8用于计算谐振所使用的长度为介质内有关频率的波长，由式（G.5）给出。

Z） ,

A=— （G.5）

式中：

v——在介质内的速度；

f——有关频率。

介质内的速度为传输时延的倒数，或约为（1〜2）X10wcm/s[（4〜8）X109in/s].得出在300MHz时，波长约为50cm（20in）。

G.2.9在设计印制电路板时应考虑串扰，尤其是在设计串扰测量装置时，但其他装置也相同。造成串扰的原因主要是导体的几何形状（宽度、间距和接地高度）以及耦合长度，因此难以给予具体的指导。读者可参阅对该课题的有关论述 Buchanan,MECL系统设计手册（Phoenix,AZ：摩托罗拉半导体产品公司，1988），第114一122页。

。为将串扰减至最小，根据经验导线间距应为导体宽度的3倍。

G.2.10对线路延迟也应给予注意，尤其是在设计用于测量传输时延的装置时。为使装置上通道之间的时延相等应增加线路长度，但不要采用锐角或蛇形布线。尖角或蛇形布线会造成通道阻抗失配，并且由于图形的相邻支线间的耦合，蛇形布线会改变每单位长度的传输时延，这将导致难以量化实际的时延。

G.2.11一般性建议：

一除非另有规定，所有铜层应为“一盎司铜”，以便将由于集肤效应所造成的损耗减至最小。

——将所有接地引线连接至所有接地面。

—通孔连接的接地面间距不应大于A/8。填充通孔是允许的。

一在任何种类电路板（如母板或子板）上的所有信号线路应具有相同长度。

—在引出连接器引出线区域时线路应尽可能分开（非平行布线），以防线路间串扰。

注1：差分对应按接线对布线。

一印制电路板线路的电气长度应尽可能短。

注2:对于时域反射测量，印制电路板线路的电气长度至少应为测量系统上升时间的3倍，以便能区别从受试器件至试验板连接的突变。当采用通孔连接器（SMA.BNC等）时，线路长度可能需要大于测量系统上升时间的3倍。

一专业试验人员应了解试验装置阻抗失配将引起振铃9)有关这些课题的其他参考资料包括：

Johnson,H.和Graham,M.:高速数字设计，BlackMagic手册(UpperSaddleRiver,NJ:Prentice-Hall,1993)O

Matick,R.E.：数字和通信网络传输线(Piscataway,NJ：IEEEPress,1995)O

。

附录H

（资料性附录）

试验信号发射构件

下面列出了发射信号进人试验装置的典型构件及各种类型构件的主要优点和缺点。

H.1半硬同轴电缆

H.1.1优点：

一易于重复测量（易拧紧/拧松精密同轴电缆）。