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网络分析仪之信号完整性测量解决方案

2023-03-17 10:04:01

    现在越来越多的工程师都在用4端口高性能矢量网络分析仪进行高速背板、高速数字电缆、高速连接器、高速PCB的信号完整性测量和分析。因为这些高速互连的信号速率大都高于3.125Gbps.

    如果这些类型的高速互连的信号速率低于2.5Gbps,一般用差分阻抗参数即可表征,用时域反射计TDR进行测量和分析即可满足要求。但当信号速率高于3.125Gbps后,达到6.25Gbps,甚至10Gbps,甚至25Gbps后,阻抗参数模型过于简化,不足于表征高速互连性能,混合模式S参数则可以精准的像衡量微博系统一样来衡量高速互连的性能。


    这时候4端口高性能网络分析仪就成为一个必不可少的工具,不论是服务器,通讯设备研发者,还是国防军工系统研发者。


    这些研发工程师一般会使用各种仿真分析软件,所以很多人认为购买4端口高性能网络分析仪足够,不需要多花2万多美金购买PLTS软件,因为他们认为仿真分析软件如ADS已经具备PLTS的功能。


    在仿真分析方面,仿真分析软件确实可以替代PLTS,如:TDR参数的转换,眼图/模板的仿真等。但是对于增强测试精度和便捷性方面,仿真分析软件是没法替代PLTS的,特别是用于高速背板测量时。测量高速背板时,校准是非常复杂的,同时又是特别重要的。


     图1是典型的高速背板,两边插的是测试夹具,用于连接测试仪器,如4端口网络分析仪。要想精准衡量高速背板的性能,需要把两边的测试夹具的影响去掉,这是一件艰难的而重要的工作。


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图1. 高速背板及其测试夹具


    校准的方法和精度如图2所示。对于高速背板的测量,时域门,端口延伸,参考面校准,归一化校准精度都不能满足测试要求。用SOLT则只能校准到SMA连接器处,也不能满足测试背板性能的要求,因为测试结果包括夹具的影响。


    所以,可用的方法是TRL(或变种的LRM),去嵌去或自动夹具移除。TRL校准采用者较多,但是准确设计TRL校准夹具是一件困难的事情。去嵌入,需要提供夹具的S参数,这个S参数测试同样比较困难,一般只能用仿真软件提取,但是精度又会降低。自动夹具移除方法比较简单,但是只有PLTS软件才能提供。


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图2. 校准方法和校准精度


    针对这种需求,PLTS提供一个5XP选件,即提供校准方法和指南帮助用户进行高速背板等高速互连的精测量,主要包括下面3个方面。


1、TRL校准指南。

      提供一步步详细的指引,帮助用户详细设计TRL校准夹具,并且当用户的TRL校准夹具制造后,验证制造的夹具是否满足要求。


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图3. TRL校准夹具设计指南


2、差分串扰校准指南。

     移除测试夹具的两根差分线内的串扰是一件非常困难的事情。这个工具就是帮助用户一步步移除两根线间耦合所导致的测量误差。


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图4. 差分线间耦合校准指南


3、自动夹具移除。

     自动夹具移除时PLTS创的一个快速而且精度较高的校准方法。只要把两个夹具对接一下,即可把夹具的影响去除。但是需要2个夹具的SDD21参数比较接近,才能保证测试精度。


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图5. 自动夹具移除


   小结:

    进行高速背板、高速PCB、高速数字电缆、高速数字连接器等高速互连的设计,需要用4端口高性能网络分析仪精测量其性能参数,PLTS软件在校准方面做了很多的前期工作,使得成为一个必不可少的工具,帮助工程师进行精的测量和后端分析。


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