DB44T 1903-2016線路板特性阻抗測試方法 時域反射法

備案號：52764-2017分類號案卷號件號線路板特性阻抗測試方法時域反射法2016-09-29發(fā)布前言 Ⅲ1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術語定義與縮略語 14測量系統(tǒng) 15測量儀器及附件 26測試環(huán)境要求 37測量步驟 4 8 附錄C(資料性附錄)路板特性阻抗校準及測試方法介紹 I本標準按照GB/T1.1-2009給出的規(guī)則起草。請注意本標準的某些內容可能涉及專利。本標準的發(fā)布機構不承擔識別這些專利的責任。本標準由廣東省質量技術監(jiān)督局提出。本標準由廣東省印制電路標準化技術委員會(GD/TC38)歸口。本標準起草單位：廣東正業(yè)科技股份有限公司、廣州市標準化研究院。本標準主要起草人：梅領亮、蔡林、盛周林、曹勇、陳志勇。本標準為首次發(fā)布。Ⅲ1線路板特性阻抗測試方法時域反射法本標準規(guī)定了印制電路板(簡稱印制板)士傳輸線特性阻抗時域反射法(簡稱TDR)的測試系統(tǒng)、又稱“特征阻抗”,在高頻信號傳輸過程中，傳輸線可等效成一個電阻，這個等效的電阻稱為傳5測量系統(tǒng)的精度應滿足特性阻抗值所要求的精度。為保證系統(tǒng)的測量精度，階躍脈沖幅度誤差應4.2.2測量范圍系統(tǒng)上升時間(ps)被測件最小長度(mm)4825.1.1TDR單元輸出阻抗5.1.2時基精度時基精度應低于系統(tǒng)上升時間的1/4。5.2.1連接器推薦使用SMA、3.5mm或者2.92mm的連接器作為系統(tǒng)測試端口的連接器，其帶寬應匹配設備帶寬。連接器應用力矩扳手拉緊至廠商規(guī)定值或表2所示力矩值。表2連接器力矩值連接器類型測試電纜應為同軸電纜組件，其特性阻抗為50Q±1Ω。電纜的帶寬應不小于設備帶寬的1.5倍，長度建議為1m。常用探頭類型及使用注意事項參照附錄A,應滿足以下要求：a)單端探頭阻抗應為50Q±1Q;差分探頭阻抗應為100Q±2Q;b)單端探頭應包括2個探針，分別連接到信號線、地線；差分探頭應包括2個信號探針，1個或2個參考平面探針；c)手持探頭的手柄外形應符合人員操作方便性。探針應性能穩(wěn)定，建議鍍金，并滿足以下要求：a)(op-ot)≥0.2mm,其中op為探針針頭直徑，?t為測試點孔直徑或等效圓形直徑；b)針頭角度≥30°;d)探針壓實彈力≥0.03N,一般選取0.035N。應采用靜電保護裝置。非測試狀態(tài)下，應切換至靜電保護狀態(tài)。測試前，被測樣品應消除靜電。校準件應采用相同技術規(guī)范的空氣線、半剛性電纜、柔韌的同軸電纜或其他組件組合，校準件的阻抗在校準周期內應保持不變。校準件的阻抗應與被測件的特性阻抗接近。34a)環(huán)境溫度：20℃~25℃;如圖2所示，連接儀器及附件，采用502測試系統(tǒng)，按不同品牌儀器的說明書對電纜進行校準，獲取電纜阻抗值并進行補償，以清除電纜對測量系統(tǒng)精度的影響。補償后電纜對測量系統(tǒng)精度的影響如圖3所示連接儀器及附件，采用50Q和75Ω校準件分如下：單線50Q誤差小于0.2%;單線75Q誤差小于07.5.1起點設置59/對7.5.2終點設置按圖5所示，搭建好測量系統(tǒng)，將終點光標設定在如圖7所示被測件對應軟件波形末端。圖7終點光標設置7.5.3測量區(qū)域選擇建議選擇50%(起點光標位置)～70%(終點光標位置)區(qū)域做為數據分析及處理區(qū)域(即測量區(qū)域),如圖8所示。測量區(qū)域的選定原則及參數參照附錄B。6按圖9所示將探頭探針的信號端與接地端分別與被測件傳輸線測試點的信號端和接地端一一對應圖9放置探頭78(資料性附錄)常用探頭類型及使用注意事項A.1概述目前常用的探頭類型有：手持式、表貼適配器和顯微探頭。選擇探頭時，需主要考慮準確性、大批量測試以及完成測量的工作量。使用的不同類型的探頭，會對測量的準確性、相關性和重復性產生重要影響。A.2手持式探頭A.2.1手持式探頭是最常用的探頭，一般包括用線路板材料制作的微帶線探頭和用高頻同軸線制作的同軸探頭。A.2.2微帶線探頭的優(yōu)點是成本低、使用方便快速、可制作成不同阻抗的匹配探頭。缺點是帶寬較低(一般為1GHz左右)、不能滿足較高要求的測試場合，同時不同批次的特性阻抗性值差別很大，受外部條件變化較大，較難控制到±2%。如果使用的探頭不夠好或焊接工藝不佳會產生明顯反射嚴重降低帶寬及測試波形質量。A.2.3同軸探頭的帶寬可以達到6GHz甚至18GHz,且特性阻抗性值穩(wěn)定，適用于較高精度、大批量測試場合。A.2.4手持式探頭常見的問題是探頭接地不合理會導致測量錯誤，因此為了盡可能減小接地環(huán)路電感，使阻抗不連續(xù)降為最小，應該選用正確的接地針，盡量減少接地路徑的長度。如果將接地環(huán)路電感降為最小，則當脈沖入射到待測負載時，可以降低波形的初始峰值，就可以縮短穩(wěn)定時間，平滑響應曲線，并減小探頭損耗，見圖A.1、圖A.2。圖A.1接地針對接地路徑的影響阻抗阻抗9垂直參數的調整應當根據所選的探針技術、被測件長度和測量精度要求。調整反射點(一般為開路點)、測量起點、測量終點。把入射點和反射點之間的區(qū)域定為1當使用不同批次或不同廠家的儀器測量時，更要先確定入射點的位置相同(即參考起點相同)。100%窗100%窗—50%~70%→反射區(qū)域人射區(qū)域B.1.4在測量大于50Q的阻抗波形是一條斜率為正的傾斜小于50Q的阻抗波形是一條斜率為負的傾斜波形(左側阻抗大，右側阻抗小)。越短，穩(wěn)定的區(qū)域越長，阻抗測量區(qū)域越平坦，帶來的誤差越小，測量區(qū)域就越遠離開路端。低帶寬B.1.6特性阻抗測量并非帶寬越高越好。過高的帶寬，入射脈沖上升時間過快會產生多重反射，造成明顯的振蕩，不利于測試操作。實際測量中應根據被測件長度和測量精度要求選擇TDR帶寬，有時需要將帶寬降低，在一些TDR儀器中可以通過設置軟件濾波器降低帶寬，以獲得穩(wěn)定的特性阻抗讀數，降低帶寬的特性阻抗值讀數和原來非常接近，不影響測試結果。一般200ps上升時間比較適合大批量PCB試樣板或電纜的特性阻抗測試。B.2測量區(qū)域選定參數目前IPC-TM650標準建議測量區(qū)域選擇TDR波形的30%(測量起點)～70%(測量終點)或由儀器使用者決定，主要是應用于以前30Ω~80Ω的場合。實際測試中為兼顧低阻抗值或者高阻抗值，一般建議可選擇測量區(qū)域的50%～70%。在更嚴格的低阻抗值(<33Q)或者高阻抗值(>83Ω)測量時，一般建議可選擇測量區(qū)域的65%～85%。上述測量范圍并非強制要求的，還需要根據實際的TDR測量波形進行調整，選擇波形平坦的部分，如可將65%～85%調整為60%～85%等。更為精確的方法是根據特性阻抗值分段來決定，可參考的詳細參數見表B.1。除了用百分比來選定測量區(qū)域之外，還可以用時間參數或距離參數來選定測量區(qū)域。不同的被測件需要設定介電常數ε,確定光速在被測件上的實際傳播速度，便于將時間參數轉化為距離參數，常用的介電常數可設定c=2.296則傳輸速度V=0.66×C。表B.1TDR測量特性阻抗分段表分界反射系數阻抗值范圍/Q校準參考阻抗/Q(p)建議TDR測量區(qū)域選定范圍1234567C.1時域二次計算法(時域校準法)從更嚴格的角度來看，特性阻抗是一個和頻率相關的函數，其結果是一中TDR儀器采用一個傳遞標準件(校準件、參考線)作為參考對波形的一塊固定區(qū)域來進行校準，直接在很寬的頻率范圍內(如1GHz～18GHz)變化很小(有些僅為1Ω~32),在大量實際應用中可以a)在線(原位)參考方式：校準過程中先用校準件測得的數據作為標準校準參數，每次測量時用實際的數據和校準件數據進行分析比較得到測量值。這種方法相對b)存儲參考波形方式：在對校準件進行校準之后，把相應的波形和數據保存起來，在正式測試時，把實際的測量波形和數據與保存的校準件標準數據進行分析比較，通過計算來得到實際的阻抗值。這種方法只需要進行一次校準，且只在校準時用到校準件，使用最簡單。但缺點來不確定的誤差，所以只要儀器及相關測試參數不發(fā)生明顯變化，這種方法效率最高、成本standard)傳輸線上，被測件的測量空氣線對符合要求的參考校準件進行校準，得到參考標準準參數，在正式測試時，用先前已經校準過的參考標準件對阻抗進行測量。這種方法相對標準校準方法要復雜一些，且不如其精確，但這種方法大大減少了標準低了測量成本。在實施步驟中，計算公式要將被測件和校準件參數互換，C.2頻域二次計算法(頻域校準法)從網絡的角度來看，TDR是一臺時域網絡分析儀，根據電壓值、變化到頻域，就可以采用網絡分析的方TDR準法和Ecal(電子校準)校準法。SOLT校準法包括OL校準法(匹配和開路)和SL校準(匹配和短路校準法)。根據TDR網絡模型，校準方法分為全雙端誤差模型校準法和簡易雙端誤差模型校準法。前者包含12個誤差項，需要匹配、開路、短路、直通4個校準件，被稱為SOLT校準法，后者忽略了部分誤差項，使得校準過程大幅簡化，只需要匹配和開路(OL校準法)或者匹配和短路(SL校準法)兩個校準件。頻域校準方法需要十分復雜的FFT運算，效率低，而且需要昂貴的校準件，成本高。由于網絡S參數的定義都是在端口匹配的情況下定義的，并且是以系統(tǒng)的特性阻抗作為它們的參考值，而系統(tǒng)的特性阻抗通常都為Zo=50Ω,對于低阻抗值或高阻抗值頻域校準法還需再做二次校準或補償。時域校準法則可以采用Z≈被測件阻抗的情況下進行校準，使得測量非50Ω的低阻抗值或高阻抗值校準更有優(yōu)C.3偏移量法測量阻抗的另一種方法是偏移量法。偏移量法中，使用固定的值來表示真實值和測量值之間的偏差。首先，對標準特性陽抗(如參考線)進行測量，測得的阻抗值和該阻抗標準值之間的偏差就是偏移量。然后，測量出DT的阻抗，并使用前面得到的偏移量對測量值進行修正。這種方法可以單獨使用，對新手來說特別有用。它假定在指定的測量范圍內，特性阻抗測量是線性的，也就是說假定當50Q偏差0.5Q時，在25、75、100等其它阻抗范圍偏差也是0.5Ω。(注意，前提是該假定滿足使用者對測試精要求)。偏移量波低于上面給出的二次計算方法，但是，使用該