DB44T 1903-2016线路板特性阻抗测试方法 时域反射法

备案号：52764-2017分类号案卷号件号线路板特性阻抗测试方法时域反射法2016-09-29发布前言 Ⅲ1范围 12规范性引用文件 13术语定义与缩略语 14测量系统 15测量仪器及附件 26测试环境要求 37测量步骤 4 8 附录C(资料性附录)路板特性阻抗校准及测试方法介绍 I本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。请注意本标准的某些内容可能涉及专利。本标准的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由广东省质量技术监督局提出。本标准由广东省印制电路标准化技术委员会(GD/TC38)归口。本标准起草单位：广东正业科技股份有限公司、广州市标准化研究院。本标准主要起草人：梅领亮、蔡林、盛周林、曹勇、陈志勇。本标准为首次发布。Ⅲ1线路板特性阻抗测试方法时域反射法本标准规定了印制电路板(简称印制板)士传输线特性阻抗时域反射法(简称TDR)的测试系统、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5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4.2.2测量范围系统上升时间(ps)被测件最小长度(mm)4825.1.1TDR单元输出阻抗5.1.2时基精度时基精度应低于系统上升时间的1/4。5.2.1连接器推荐使用SMA、3.5mm或者2.92mm的连接器作为系统测试端口的连接器，其带宽应匹配设备带宽。连接器应用力矩扳手拉紧至厂商规定值或表2所示力矩值。表2连接器力矩值连接器类型测试电缆应为同轴电缆组件，其特性阻抗为50Q±1Ω。电缆的带宽应不小于设备带宽的1.5倍，长度建议为1m。常用探头类型及使用注意事项参照附录A,应满足以下要求：a)单端探头阻抗应为50Q±1Q;差分探头阻抗应为100Q±2Q;b)单端探头应包括2个探针，分别连接到信号线、地线；差分探头应包括2个信号探针，1个或2个参考平面探针；c)手持探头的手柄外形应符合人员操作方便性。探针应性能稳定，建议镀金，并满足以下要求：a)(op-ot)≥0.2mm,其中op为探针针头直径，øt为测试点孔直径或等效圆形直径；b)针头角度≥30°;d)探针压实弹力≥0.03N,一般选取0.035N。应采用静电保护装置。非测试状态下，应切换至静电保护状态。测试前，被测样品应消除静电。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，校准件的阻抗在校准周期内应保持不变。校准件的阻抗应与被测件的特性阻抗接近。34a)环境温度：20℃~25℃;如图2所示，连接仪器及附件，采用502测试系统，按不同品牌仪器的说明书对电缆进行校准，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如图3所示连接仪器及附件，采用50Q和75Ω校准件分如下：单线50Q误差小于0.2%;单线75Q误差小于07.5.1起点设置59/对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。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。6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图9放置探头78(资料性附录)常用探头类型及使用注意事项A.1概述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。图A.1接地针对接地路径的影响阻抗阻抗9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1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)。100%窗100%窗—50%~70%→反射区域人射区域B.1.4在测量大于50Q的阻抗波形是一条斜率为正的倾斜小于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)。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B.1.6特性阻抗测量并非带宽越高越好。过高的带宽，入射脉冲上升时间过快会产生多重反射，造成明显的振荡，不利于测试操作。实际测量中应根据被测件长度和测量精度要求选择TDR带宽，有时需要将带宽降低，在一些TDR仪器中可以通过设置软件滤波器降低带宽，以获得稳定的特性阻抗读数，降低带宽的特性阻抗值读数和原来非常接近，不影响测试结果。一般200ps上升时间比较适合大批量PCB试样板或电缆的特性阻抗测试。B.2测量区域选定参数目前IPC-TM650标准建议测量区域选择TDR波形的30%(测量起点)～70%(测量终点)或由仪器使用者决定，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(<33Q)或者高阻抗值(>83Ω)测量时，一般建议可选择测量区域的65%～85%。上述测量范围并非强制要求的，还需要根据实际的TDR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.1。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，常用的介电常数可设定c=2.296则传输速度V=0.66×C。表B.1TDR测量特性阻抗分段表分界反射系数阻抗值范围/Q校准参考阻抗/Q(p)建议TDR测量区域选定范围1234567C.1时域二次计算法(时域校准法)从更严格的角度来看，特性阻抗是一个和频率相关的函数，其结果是一中TDR仪器采用一个传递标准件(校准件、参考线)作为参考对波形的一块固定区域来进行校准，直接在很宽的频率范围内(如1GHz～18GHz)变化很小(有些仅为1Ω~32),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standard)传输线上，被测件的测量空气线对符合要求的参考校准件进行校准，得到参考标准准参数，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，C.2频域二次计算法(频域校准法)从网络的角度来看，TDR是一台时域网络分析仪，根据电压值、变化到频域，就可以采用网络分析的方TDR准法和Ecal(电子校准)校准法。SOLT校准法包括OL校准法(匹配和开路)和SL校准(匹配和短路校准法)。根据TDR网络模型，校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、开路、短路、直通4个校准件，被称为SOLT校准法，后者忽略了部分误差项，使得校准过程大幅简化，只需要匹配和开路(OL校准法)或者匹配和短路(SL校准法)两个校准件。频域校准方法需要十分复杂的FFT运算，效率低，而且需要昂贵的校准件，成本高。由于网络S参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=50Ω,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。时域校准法则可以采用Z≈被测件阻抗的情况下进行校准，使得测量非50Ω的低阻抗值或高阻抗值校准更有优C.3偏移量法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，对标准特性阳抗(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移量。然后，测量出DT的阻抗，并使用前面得到的偏移量对测量值进行修正。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50Q偏差0.5Q时，在25、75、100等其它阻抗范围偏差也是0.5Ω。(注意，前提是该假定满足使用者对测试精要求)。偏移量波低于上面给出的二次计算方法，但是，使用该