如何快速进行批量化的PCB测试分析？
前言
随着数字电路高带宽、高速率发展，反射、串扰、抖动等信号完整性问题愈加严重，包含pcb传输线、过孔、连接器、线缆在内的所有传输链路器件都有着不可忽略的影响。严格控制每个部件的信号质量是确保全链路正常传输的有效手段。然而，对于大批量生产的工厂而言，要在有限的时间内把控所有产品的信号质量、分析产品问题并优化产品性能，这具有非常大的挑战。
本文阐述了利用measureexpert工具结合矢量网络分析仪的方法，对可大批量生产的pcb进行快速测试并分析其信号传输性能，能够帮助工程师快速判断产品是否合规，精确分析产品失效原因，进而提高优化效率。
矢量网络分析仪校准
pcb的信号传输特性能否正确表征与测试仪器精度相关。网络分析仪测试过程中的误差主要分为系统误差、随机误差和漂移误差。系统误差主要由仪表内部测试装置的不理想导致，不随时间变化，可重现；随机误差是随时间变化，不可预测的，主要由仪表内部噪声造成；而漂移误差主要是由于温度变化造成的性能漂移。这些误差会严重影响测试精度，因此需要做仪器校准。校准原理即是对已知参数的校准器件进行测量，获得误差模型，基于此误差模型进行计算进而去除误差的影响。
measureexpert校准方式包含机械校准和电子校准，校准流程化。
图 1
矢量网络分析仪校准流程
批量化的delta l测试
1.delta l去嵌原理
通道的损耗是影响高速i/o信号传输性能的重要因素，损耗测量会引入探针/sma、焊盘、过孔等影响，这对于管控pcb传输线损耗，分析相关材料属性是一大难题。
delta l是一种操作简单、精度高的去嵌方法。首先设计两条只有长度不同的传输线，长度为l2的短线b插损值ilb = il(fixture)+ ill2 + il(fixture)，长度为l1的长线a插损值ila = il(fixture)+ ill1 + il(fixture)，然后对长短线做相关数学运算，获得单位长度传输线的插损值：il / unit= (ila-ilb) / (l1-l2)。由于过孔会导致多重反射，进而影响去嵌精度问题，因此l2和l1-l2的长度不宜太短。
图2
delta l去嵌
2.delta l属性配置和产品信息编辑
measureexpert支持intel delta-l 4.0版本，测试类型可选2l和3l，判决标准可自定义设置，结果将自动判断pass/fail，如图3a。客户信息、产品型号、序列号、批次号、测试温度、操作员信息可依次键入, 如图3b。
图 3a
sat配置界面
图3b
产品信息编辑
3.delta l测试结果显示和报告输出
属性配置完成后，快速连接pcb，图4a是3l(2inch,5inch,10inch)的测试结果显示，主要分为3部分。测试曲线分别包含去嵌前损耗、去嵌后损耗、去嵌后每inch的损耗以及对应损耗拟合值和不确定度。测试状态框显示整体结果，若是fail会显示是由il还是不确定导致的，本案例结果显示pass。图4a下方是细节部分，显示各判决频点下il值、拟合il值、不确定度、是否pass的结果等。结果可导出csv报告, 如图表4b显示。
图 4a
delta l测试结果显示
图表 4b
delta l测试输出报告
批量化的tdr测试
随着速率升高，信号边沿变得更陡，阻抗失配以及反射变得越来越严重。分析信号传输不仅需要关注频域性能，时域也是不可缺少的。
1.tdr属性配置
tdr属性配置如图5所示。首先输入测试的层数，传输线信息；然后配置阻抗判决标准（阻抗基准值、判断范围、取值区间、极值或均值判断）、夹具可选择性去除，对于只关注传输线阻抗而言，建议移除夹具，阻抗判决的取值区间将只覆盖传输线而不会误加入夹具阻抗进行判断，上升沿时间可在tdr option设置。
图 5
tdr属性配置
2.tdr测试结果显示和报告输出
这是上升沿为15ps(10%~90%的)传输线测试结果，红点是起止点，黑点表示移除的位置，从这个结果来看，传输线40%~70%的区间阻抗最大和最小值都满足阻抗85ohm+-10%的要求，因而pass。
图6a
tdr测试结果
图6b
tdr报告输出
总结
芯和半导体的measureexpert工具搭载矢量网络分析仪可实现自动化测试和批量化数据分析，内容覆盖了频域和时域。针对批量化的pcb，本文主要介绍了delta l测试和tdr测试。delta l测试连接快速，操作简单，去嵌精度高，结果可得到单位长度传输线损耗值。tdr测试从时域上分析传输线性能，阻抗曲线可清晰显示不同位置阻抗值。整体测试流程化，操作便捷且能节省大量的时间。
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本文阐述了利用measureexpert工具结合矢量网络分析仪的方法，对可大批量生产的pcb进行快速测试并分析其信号传输性能，能够帮助工程师快速判断产品是否合规，精确分析产品失效原因，进而提高优化效率。
矢量网络分析仪校准
pcb的信号传输特性能否正确表征与测试仪器精度相关。网络分析仪测试过程中的误差主要分为系统误差、随机误差和漂移误差。系统误差主要由仪表内部测试装置的不理想导致，不随时间变化，可重现；随机误差是随时间变化，不可预测的，主要由仪表内部噪声造成；而漂移误差主要是由于温度变化造成的性能漂移。这些误差会严重影响测试精度，因此需要做仪器校准。校准原理即是对已知参数的校准器件进行测量，获得误差模型，基于此误差模型进行计算进而去除误差的影响。
measureexpert校准方式包含机械校准和电子校准，校准流程化。
图 1
矢量网络分析仪校准流程
批量化的delta l测试
1.delta l去嵌原理
通道的损耗是影响高速i/o信号传输性能的重要因素，损耗测量会引入探针/sma、焊盘、过孔等影响，这对于管控pcb传输线损耗，分析相关材料属性是一大难题。
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图2
delta l去嵌
2.delta l属性配置和产品信息编辑
measureexpert支持intel delta-l 4.0版本，测试类型可选2l和3l，判决标准可自定义设置，结果将自动判断pass/fail，如图3a。客户信息、产品型号、序列号、批次号、测试温度、操作员信息可依次键入, 如图3b。
图 3a
sat配置界面
图3b
产品信息编辑
3.delta l测试结果显示和报告输出
属性配置完成后，快速连接pcb，图4a是3l(2inch,5inch,10inch)的测试结果显示，主要分为3部分。测试曲线分别包含去嵌前损耗、去嵌后损耗、去嵌后每inch的损耗以及对应损耗拟合值和不确定度。测试状态框显示整体结果，若是fail会显示是由il还是不确定导致的，本案例结果显示pass。图4a下方是细节部分，显示各判决频点下il值、拟合il值、不确定度、是否pass的结果等。结果可导出csv报告, 如图表4b显示。
图 4a
delta l测试结果显示
图表 4b
delta l测试输出报告
批量化的tdr测试
随着速率升高，信号边沿变得更陡，阻抗失配以及反射变得越来越严重。分析信号传输不仅需要关注频域性能，时域也是不可缺少的。
1.tdr属性配置
tdr属性配置如图5所示。首先输入测试的层数，传输线信息；然后配置阻抗判决标准（阻抗基准值、判断范围、取值区间、极值或均值判断）、夹具可选择性去除，对于只关注传输线阻抗而言，建议移除夹具，阻抗判决的取值区间将只覆盖传输线而不会误加入夹具阻抗进行判断，上升沿时间可在tdr option设置。
图 5
tdr属性配置
2.tdr测试结果显示和报告输出
这是上升沿为15ps(10%~90%的)传输线测试结果，红点是起止点，黑点表示移除的位置，从这个结果来看，传输线40%~70%的区间阻抗最大和最小值都满足阻抗85ohm+-10%的要求，因而pass。
图6a
tdr测试结果
图6b
tdr报告输出
总结
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