DB44T 1903-2016 线路板特性阻抗测试方法 时域反射法

DB44DB44/T1903—2016线路板特性阻抗测试方法时域反射法2016-09-29发布2016-12-29实施广东省质量技术监督局发布 Ⅲ 1 1 1 1 2 3 4 8附录B资料性附录）测量区域的选定 10 12参考文献 14ⅠⅢ1下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本又称“特征阻抗”，在高频信号传输过程中，传输线可等效成一个电阻，这个等效的电阻称为传20a0a0D64.2.1测量精度测量系统的精度应满足特性阻抗值所要求的精度。为保证系统的测量精度，阶跃脉冲幅度误差应小于1%。4.2.3系统信号上升时间系统上升时间(ps)被测件最小长度(mm)483校准件应采用相同技术规范的空气线、半刚性电缆、柔韧的同轴电缆或其他组件组合，校准件的4a)环境温度：20℃~25℃;b)相对湿度：45%～65%;按设备规范要求对设备进行预热，一般预热时间为15min～30min,以确保设备不产生幅度和时7.2开机校准获取电缆阻抗值并进行补偿，以清除电缆对测量系统精度的影响。补偿后电缆对测量系统精度的影响7.2.2设备校准7.2.3精度验证针对不同阻抗的被测件，用相应的校准件，做57.2.4探头清零如图4所示，取掉空气线，单端线路测量时，将单端探头连接在电缆上；差分线路测量时，将差分探头连接在电缆上，不连接被测件，对探头进行清零。图4探头清零7.3试样要求样板应符合如下要求：a)测试孔及焊盘应完好无氧化、异物以及破损；b)试样导线长度满足测量设备系统上升时间对应要求。如图5所示，搭建好测量系统。开启测量系统软件，在软件界面中设置Y轴分辨率为109/格，Y轴方向上限值设定为目标阻抗值Z₀+40Ω,下限值设定为目标阻抗值Z₀-40Ω。被测件传输线图5测量系统7.5测量范围选取7.5.1起点设置系统预热后在测量系统软件中建立测试任务，按7.2.4进行探头清零，在软件界面中将起点光标设定在如图6所示探头末端对应的软件波形起点。6欧姆0欧姆0.0590.0再妈德4007681蜂焊值：9821223670.0FAL1.88英寸.图6起点光标设置7.5.2终点设置按图5所示，搭建好测量系统，将终点光标设定在如图7所示被测件对应软件波形末端。蜂峰值010-10001.3010.95英寸终点光标图7终点光标设置7.5.3测量区域选择建议选择50%(起点光标位置)～70%(终点光标位置)区域做为数据分析及处理区域(即测量区域),如图8所示。测量区域的选定原则及参数参照附录B。70.0-PASS终点光标图8测量区域选择77.6测试7.6.1放置探头按图9所示将探头探针的信号端与接地端分别与被测件传输线测试点的信号端和接地端一一对应并直接接触，并保持探头与被测件所在面垂直。垂直向下均匀用力压探头，使探针行程压缩不小于1/2。电缆线电缆线被测件图9放置探头7.6.2波形观察开启单次或连续测量模式，测试过程中，探头不可晃动，被测传输线不可与其它物体或人员接触，等待波形稳定后停止测试。7.7结果读取读取软件测量区域中平均值，如图8所示，用于评估样板的阻抗水平。也可根据特殊要求，读取测量区域中最大值、最小值。8(资料性附录)常用探头类型及使用注意事项目前常用的探头类型有：手持式、表贴适配器和显微探头。选择探头时，需主要考虑准确性、大批量测试以及完成测量的工作量。使用的不同类型的探头，会对测量的准确性、相关性和重复性产生重要影响。A.2手持式探头A.2.1手持式探头是最常用的探头，一般包括用线路板材料制作的微带线探头和用高频同轴线制作的同轴探头。A.2.2微带线探头的优点是成本低、使用方便快速、可制作成不同阻抗的匹配探头。缺点是带宽较低 (一般为1GHz左右)、不能满足较高要求的测试场合，同时不同批次的特性阻抗性值差别很大，受外部条件变化较大，较难控制到±2%。如果使用的探头不够好或焊接工艺不佳会产生明显反射严重降低带宽及测试波形质量。A.2.3同轴探头的带宽可以达到6GHz甚至18GHz,且特性阻抗性值稳定，适用于较高精度、大批量测试场合。A.2.4手持式探头常见的问题是探头接地不合理会导致测量错误，因此为了尽可能减小接地环路电感，使阻抗不连续降为最小，应该选用正确的接地针，尽量减少接地路径的长度。如果将接地环路电感降为最小，则当脉冲入射到待测负载时，可以降低波形的初始峰值，就可以缩短稳定时间，平滑响应曲线，并减小探头损耗，见图A.1、图A.2。回路回路回路信号信号图A.1接地针对接地路径的影响9图A.2不同探头接地环路的典型TDR响应A.3表贴适配器探头表贴适配器(SMA)探头采用SMA连接器焊接在电路板上，可以提供有效的可重复测量。SMA往往显示出较高的容性负载特性，在TDR脉冲输入到被测件时，会降低信号有效的带宽，对于TDR分辨率要求很高的情形，不适宜使用SMA连接器进行测量。A.4显微探头阻抗受控的显微探头为目前测量精度最高的探头。显微探头的寄生效应小、接地环路也短，一般阻抗是50Q,但也存在高阻抗显微探头。显微探头主要用于工业，经常与矢量网络分析仪结合使用，用于测量射频电路和微波电路的特性。其主要的缺点是可能需要昂贵的探头工作台、特殊的探头架和显微镜。(资料性附录)测量区域的选定B.1测量区域选定原则B.1.1不同的测量区域选择对数据产生直接影响，选择正确的测量区域至关重要。TDR仪器的水平和垂直参数的调整应当根据所选的探针技术、被测件长度和测量精度要求。调整的目的是最大程度提高测量精度。B.1.2推荐将波形的入射边沿对齐示TDR显示屏幕的水平第一格，反射边沿对齐水平最后一格。水平参数一般设定为100ps/格—200ps/格，对应采样点分辨率为10ps—20ps,垂直参数一般设定为10Q/格。如果被测量件长度更短，则应缩小水平参数，缩小采样分辨率。B.1.3完整TDR波形如图B.1所示，分为入射区域、反射区域、建立区域和测量区域，分别有入射点、反射点(一般为开路点)、测量起点、测量终点。把入射点和反射点之间的区域定为100%波形窗，通常测量区域可以选择50%(ti,π)--70%(te,n)的区域。特别值得注意的是，由于TDR测量区域的选择是相对于入射点的，所以在测量前和测量过程中必须检查入射点的位置是否一致，确保没有发生漂移。当使用不同批次或不同厂家的仪器测量时，更要先确定入射点的位置相同(即参考起点相同)。用做测量区域最佳测量区域←建立区域→测量起点测量终点B.1.4在测量大于50Ω的阻抗波形是一条斜率为正的倾斜波形(左侧阻抗小，右侧阻抗大)。在测量小于50Q的阻抗波形是一条斜率为负的倾斜波形(左侧阻抗大，右侧阻抗小)。B.1.5常见的TDR仪器根据带宽可以大致分为两类，不同带宽的仪器对TDR测量区域的选择有差别。高带宽快沿仪器：Tr<40ps快沿脉冲，带宽>10GHz(适用于泰克、安捷伦等仪器)。Tr越小，建立区域越短，稳定的区域越长，阻抗测量区域越平坦，带来的误差越小，测量区域就越远离开路端。低带宽慢沿仪器：Tr<200ps慢沿脉冲，带宽>1.75GHz(适用于Polar、爱思达等仪器)。Tr越大，建立区域越长，稳定的区域越短，阻抗测量区域越陡峭，带来的误差越大，测量区域就越靠近开路端。）～由仪器使用者决定，主要是应用于以前30Ω~80Ω的场合。实际测试中为兼顾低阻抗值或者高阻抗值，一般建议可选择测量区域的50%～70%。在更严格的低阻抗值（<33Ω)或者高阻抗值（>83Ω)测量波形进行调整，选择波形平坦的部分，如可将65%～85%调整为60%～85%等。更为精确的方法是根据特性阻抗值分段来决定，可参考的详细参数见表B.除了用百分比来选定测量区域之外，还可以用时间参数或距离参数来选定测量区域。不同的被测件需要设定介电常数ε,确定光速在被测件上的实际传播速度，便于将时间参数转化为距离参数，常校准参考阻抗/Ω(ρ)1234567从更严格的角度来看，特性阻抗是一个和频率相关的函数，其结果是一个矢量，时域二次计算法在很宽的频率范围内（如1GHz～18GHz）变化很小（有些仅为1Ω~3Ω),在大量实际应用中可以a)在线（原位）参考方式：校准过程中先用校准件测得的数据作为标准校准参数，每次测量时用实际的数据和校准件数据进行分析比较得到测量值。这种方法相对比较简单，测试结果比b)存储参考波形方式：在对校准件进行校准之后，把相应的波形和数据保存起来，在正式测试时，把实际的测量波形和数据与保存的校准件标准数据进行分析比较，通过计算来得到实际的阻抗值。这种方法只需要进行一次校准，且只在校准时用到校准件，使用最简单。但缺点来不确定的误差，所以只要仪器及相关测试参数不发生明显变化，这种方法效率最高、成本c)标准传递方式：在这种方式中，参考空气standard）传输线上，被测件的测量阻抗计算都基于第二条传输线。在校准过程中先用标准空气线对符合要求的参考校准件进行校准，得到参考标准件的真实阻抗和与它相关的其它校准参数，在正式测试时，用先前已经校准过的参考标准件对阻抗进行测量。这种方法相对标准校准方法要复杂一些，且不如其精确，但这种方法大大减少了标准空气线的使用次数，降低了测量成本。在实施步骤中，计算公式要将被测件和校准件参数互换，将公式中被测件的从网络的角度来看，TDR是一台时域网络分析仪，根据电压值、S参数（反射系数）、网络的系统准方法分为全双端误差模型校准法和简易双端误差模型校准法。前者包含12个误差项，需要匹配、开需要匹配和开路(OL校准法)或者匹配和短路(SL校准法)两个校准件。数的定义都是在端口匹配的情况下定义的，并且是以系统的特性阻抗作为它们的参考值，而系统的特性阻抗通常都为Zo=50Q,对于低阻抗值或高阻抗值频域校准法还需再做二次校准或补偿。时域校准测量阻抗的另一种方法是偏移量法。偏移量法中，使用固定的值来表示真实值和测量值之间的偏差。首先，对标准特性阻抗(如参考线)进行测量，测得的阻抗值和该阻抗标准值之间的偏差就是偏这种方法可以单独使用，对新手来说特别有用。它假定在指定的测量范围内，特性阻抗测量是线性的，也就是说假定当50Ω偏差0.5Ω时，在25、75、100等其它阻抗范围偏差也是0.59。(注意，前提是该假定满足使用者对测试精度的要求)。尽管偏移量法精度