JJF(鄂)-高速数字集成电路测试系统校准规范

JJF－××××GJB/J××××—××××校准结果的测量不确定度评定B.1测量不确定度评定参数高速数字集成电路测试系统参数校准项目有4项，本附录说明高速数字集成电路测试系统数字通道间同步偏差时间等参数的测量不确定度评定的程序。B.2数字通道间时间偏差测量不确定度评定参数B.2.1测量方法数字通道间时间偏差校准采用直接测量的方法，用数字示波器直接测量高速数字集成电路测试系统数字通道间输出延迟的时间数值。B.2.2测量模型（4）式中：TdX－数字示波器测量值；TdN－数字通道间时间偏差输出值；B.2.3不确定度来源及合成标准不确定度计算公式B.2.3.1不确定度来源经分析，引入的不确定度分量来源包括：校准适配器转接引入的不确定度uB0；测试探针接触稳定性引入的不确定度uB1；数字实时示波器测量不确定度uB2；数字通道间时间偏差测量重复性引入不确定度uA。B.2.3.2相对合成标准不确定度计算公式以上不确定度分量互不相关，合成标准不确定度计算公式如下：B.2.4测量不确定度评定下面以频率8Gbps、幅度为1V的数字方波信号为例计算。1）校准适配器转接引入的不确定度uB0(B类评定)校准适配器转接长度为1.6mm、转接孔径0.125mm，根据校准适配器高频传输特性测试数据，其引人的时间偏差小于0.1ps，远小于其他不确定度分量，故忽略不计。2）测试探针接触稳定性引入的不确定度uB1(B类评定)由通道切换装置在通道切换过程中，Z轴行程导致测试探针变形，引入测量不确定度，通过设置z轴运动坐标，发现每移动1mm距离测量结果变化7ps，视为均匀分布，u2=4.1ps。3）数字示波器测量不确定度uB2(B类评定)引用数字实时示波器MSO73304DX的说明书得知，影响偏差时间测量的因素为增量时间测量精度555fs，视为均匀分布，即uB2=0.4ps。4）偏差时间测量重复性引入不确定度uA(A类评定)下面以频率8Gbps、幅度为1V的数字方波信号为例计算。用数字示波器对测试系统数字通道间偏差时间进行连续10次独立测量。测量结果数据如下：次数12345测量值（ps）19.2419.5718.9218.6819.05次数678910测量值（ps）18.9419.0620.6319.9419.85按A类评定，。B.2.5合成标准不确定度标准不确定度各分量汇总见下表。表1数字通道间时间偏差测量不确定度分量表不确定度来源不确定度分量评定方法分布k标准不确定度测试探针接触稳定性引入的不确定度uB1B类均匀4.1ps数字示波器测量不确定度uB2B类均匀0.4ps偏差时间测量重复性引入不确定度uAA类—1.28ps以上各项标准不确定度分量互不相关的，合成标准不确定度为：（5）B.2.6扩展不确定度取包含因子k=2，扩展不确定度的计算公式为：（6）B.3数字通道幅度输出测量不确定度评定参数B.3.1测量方法数字通道幅度输出校准采用直接测量的方法，用数字示波器直接测量高速数字集成电路测试系统输出不同的电压幅度。B.3.2测量模型（7）式中：AX－示波器测量值；AN－示波器校准仪输出值。B.3.3不确定度来源及合成标准不确定度计算公式B.3.3.1不确定度来源经分析，引入的不确定度分量来源包括：1）校准适配器转接引入的不确定度uB0；2）测试探针接触形变引入的不确定度uB1；3）数字实时示波器测量不准引入不确定度uB2；4）数字示波器垂直分辨率引入不确定度uB3；5）幅度测量重复性引入不确定度uA。B.3.3.2相对合成标准不确定度计算公式以上不确定度分量互不相关，合成标准不确定度计算公式如下：B.3.4测量不确定度评定下面以频率8Gbps、幅度为1V的数字方波信号为例计算。1）校准适配器转接引入的不确定度uB0(B类评定)校准适配器转接长度为1.6mm、转接孔径0.125mm，根据高速信号传输原理以及相同条件下，对校准适配器输入同样信号进行测试，显示该不确定度分量小于0.05mV可忽略不计。2）测试探针接触形变引入的不确定度uB1(B类评定)由通道切换装置在通道切换过程中，Z轴行程导致测试探针变形，引入测量不确定度，通过设置z轴运动坐标，发现每移动1mm距离测量结果变化5%×测量值+5mV，视为均匀分布，按B类评定，幅度测试点1V时，。3）数字示波器测量不准引入不确定度uB2(B类评定)引用数字实时示波器MSO73304DX的校准证书和说明书得知，影响幅度测量的因素为DC增益误差，DC增益的最大允许误差为0.86%，按B类评定，幅度测试点1V时，uB2=5.0mV；4）数字示波器垂直分辨率引入不确定度uB3(B类评定)引用数字实时示波器MSO73304DX的校准证书和说明书得知，数字示波器垂直分辨率为8bit引入误差为0.3%测量值，其半宽区间为0.15%测量值，按均匀分布考虑，选取，得出由分辨力引入的不确定度分量为：，按B类评定：幅度测试点1V时，uB2=0.8mV；5）幅度测量重复性引入不确定度uA(A类评定)幅度测试点1V时，在相同条件下，测量10次。测量结果数据如下：次数12345测量值（mV）10121063104510121008次数678910测量值（mV）10551023104510291048按A类评定，。B.3.5合成标准不确定度标准不确定度各分量汇总见下表。表2数字通道幅度输出测量不确定度分量表不确定度来源不确定度分量评定方法分布k标准不确定度测试探针接触稳定性引入的不确定度uB1B类均匀31.8mV数字示波器测量不准引入不确定度uB2B类均匀5.0mV数字示波器垂直分辨率引入不确定度uB3B类均匀0.8mV幅度测量重复性引入不确定度uAA类19.75mV以上各项标准不确定度分量互不相关的，合成标准不确定度为：（8）B.3.6扩展不确定度取包含因子k=2，扩展不确定度的计算公式为：（9）B.4数字通道上升时间测量不确定度评定参数B.4.1测量方法数字通道上升时间校准采用直接测量的方法，用数字示波器直接测量高速数字集成电路测试系统数字通道输出不同的上升时间。B.4.2测量模型（10）式中：TrX－数字示波器上升时间测量值；TrN－高速数字集成电路测试系统数字通道输出值；TrB－数字示波器上升时间。B.4.3不确定度来源及合成标准不确定度计算公式B.4.3.1不确定度来源经分析，引入的不确定度分量来源包括：1）校准适配器转接引入的不确定度uB0；2）测试探针接触不稳定性引入的不确定度uB1；3）数字示波器跳变时间引入的不确定度分量uB2；4）高数字示波器显示分辨力引入的不确定度分量uB3；5）上升时间测量重复性引入不确定度uA。B.4.3.2相对合成标准不确定度计算公式以上不确定度分量互不相关，合成标准不确定度计算公式如下：B.4.4测量不确定度评定下面以幅度为0.5V、测试速率为8Gbps的数字信号为例计算。1）校准适配器转接引入的不确定度uB0（B类评定）校准适配器转接长度为1.6mm、转接孔径0.125mm，根据校准适配器高频传输特性测试数据，其引人的时间偏差小于0.1ps，远小于其他不确定度分量，故忽略不计。2）测试探针变形引入的不确定度uB1（B类评定）由通道切换装置在通道切换过程中，Z轴行程导致测试探针变形，引入测量不确定度，通过设置z轴运动坐标，发现每移动1mm距离测量结果变化5ps，视为均匀分布，u2=3ps。3）数字示波器跳变时间引入的不确定度分量uB2（B类评定）数字示波器跳变时间是带宽的函数，在高斯激励响应的系统中，上升时间由“上升时间＝0.35/带宽”来给出，因此，48GHz带宽对应的跳变时间为7.3ps。考虑为均匀分布，选取，得出数字示波器跳变时间引入的不确定度分量：uB2＝4.2ps。4）数字示波器显示分辨力引入的不确定度分量uB3（B类评定）根据数字示波器的技术手册，上升时间测量的分辨力为9ps，按均匀分布考虑，选取，得出由分辨力引入的不确定度分量：uB3＝5.2ps。5）上升时间测量重复性引入不确定度uA（A类评定）利用数字示波器对测试系统驱动器单元输出的方波信号进行连续10次独立测量，测量结果数据如下：次数12345测量值（ps）33.833.933.333.133.5次数678910测量值（ps）33.733.433.233.633.7按A类评定，。B.4.5合成标准不确定度标准不确定度各分量汇总见下表。表3数字通道上升时间测量不确定度分量表不确定度来源不确定度分量评定方法分布k标准不确定度测试探针接触稳定性引入的不确定度uB1B类均匀3ps数字示波器跳变时间引入的不确定度分量uB2B类均匀4.2ps数字示波器显示分辨力引入的不确定度分量uB3B类均匀5.2ps上升时间测量重复性引入不确定度uAA类0.27ps以上各项标准不确定度分量互不相关的，合成标准不确定度为：（11）B.4.6扩展不确定度取包含因子k=2，扩展不确定度的计算公式为：（12）B.5数字通道抖动输出测量不确定度评定B.5.1测量方法数字通道抖动输出校准采用直接测量的方法，用示波器直接测量高速数字集成电路测试系统输出不同的抖动的高速数字信号。B.5.2测量模型TjX=TjN（13）式中：TjX－示波器抖动测量值；TjN－高速数字集成电路测试系统抖动输出值；B.5.3不确定度来源及合成标准不确定度计算公式B.5.3.1不确定度来源经分析，引入的不确定度分量来源包括：1）校准适配器转接引入的不确定度uB0；2）测试探针接触压力引入的不确定度uB1；3）数字示波器时基误差引入的不确定度分量uB2；4）数字示波器垂直噪声引入的不确定度分量uB3；5）抖动测量重复性引入不确定度uA。B.5.3.2相对合成标准不确定度计算公式以上不确定度分量互不相关，合成标准不确定度计算公式如下：B.5.4测量不确定度评定以驱动器抖动输出100ps（基础信号频率为1GHz）的抖动信号为例进行计算。1）校准适配器转接引入的不确定度u1(B类评定)校准适配器转接长度为1.6mm、转接孔径0.125mm，根据高速信号传输原理以及相同条件下，对校准适配器输入同样信号进行测试。均显示该不确定度分量小于0.1ps可忽略。2）测试探针接触压力引入的不确定度uB1(B类评定)由通道切换装置在通道切换过程中，Z轴行程导致测试探针变形，引入测量不确定度，通过设置z轴运动坐标，发现每移动1mm距离测量结果变化5ps，视为均匀分布，，uB1=3ps。3）数字示波器时基误差引入的不确定度分量uB2(B类评定)根据数字示波器手册，时基精度为：±1.5×10-6（初始精度）+每年老化<1×10-6。测量周期为1ns（对应1GHz信号），且校准周期为1年，则总时基误差为±2.5ps。考虑为均匀分布，选取，得出数字示波器时基误差引入的不确定度分量：。4）数字示波器垂直噪声引入的不确定度分量uB3根据数字示波器的技术手册，在50mV/div档位下，垂直噪声为：0.56%满刻度（典型值）。垂直量程为1V（20div），则噪声RMS为：±0.56%×1V=±5.6mV。1GHz信号的边沿斜率为1V/1ns，则时间误差为：±5.6mV/(1V/1ns)=±5.6ps。按均匀分布考虑，选取，得出由垂直噪声引入的不确定度分量：。抖动测量重复性引入不确定度uA(A类评定)在相同条件下，测量10次。测量结果数据如下：次数12345测量值（ps）98.63296.94597.55897.54198.635次数678910测量值（ps）98.81296.58696.63397.54196.156按A类评定，。B.5.5合成标准不确定度标准不确定度各分量汇总见下表。表3数字通道抖动输出测量不确定度分量表不确定度来源不确定度分量评定方法分布k标准不确定度测试探针接触压力引入的不确定度uB1B类均匀3ps数字示波器时基误差引入的不确定度分量uB2B类均匀1.5ps数字示波器垂直噪声引入的不确定度分量uB3B类均匀3.3ps抖动测量重复性引入不确定度uAA类0.94ps以上各项标准不确定度分量互不相关的，合成标准不确定度为：（14）B.5.6扩展不确定度取包含因子k=2，扩展不确定度的计算公式为：（15）校准证书内页格式表C.1外观及工作正常性检查项目检查结果外观工作正常性表C.2测试速率系统设定值vDV-S/Gbps频率实测值fDV-M/GHz计算值vDV-M/Gbps误差△vDV/Gbps扩展不确定度(