为了提高传输速率和传输距离,计算机行业和通信行业越来越多采用高速串行总线。在芯
片之间、板卡之间、背板和业务板之间实现高速互联。这些高速串行总线速率从以往
USB2.0、LVDS 以及 FireWire1394 几百 Mbps 到今天 PCI-Express G1/G2、SATA
G1/G2 、XAUI/2XAUI、XFI 几个 Gbps 乃至 10Gbps。计算机以及通信行业 PCB 客户对
差分走线阻抗控制要求越来越高。这使 PCB 生产商以及高速 PCB 设计人员所面临前所未
有挑战。本文结合 PCB 行业公认测试标准 IPC-TM-650 手册,重点讨论真差分 TDR 测试
方法原理以及特点。
IPC-TM-650 手册以及 PCB 特征阻抗测试背景
IPC-TM-650 测试手册是一套非常全面 PCB 行业测试规范,从 PCB 机械特性、化学特性、
物理特性、电气特性、环境特性等各方面给出了非常详尽测试方法以及测试要求。其中
PCB 板电气特性要求在第 2.5 节中描述,而其中 2.5.5.7a(IPC-TM-650 官方网站下载链
接 http://www.ipc.org/4.0_Knowledge/4.1_Standards/test/2-5-5-7a.pdf)则全面介
绍了 PCB 特征阻抗测试方法和对相应测试仪器要求,重点包括单端走线和差分走线阻抗测
试。
TDR 基本原理及 IPC-TM-650 对 T DR 设备基本要求
1.TDR 基本原理
图 1 是一个阶跃信号在传输线(如 PCB 走线)上传输时示意图。而传输线是通过电介质与
GND 分隔,就像无数个微小电容并联。电信号到达某个位置时,就会令该位置上电压产生
变化,就像是给电容充电。因此,传输线在此位置上是有对地电流回路,因此就有阻抗存
在。但是该阻抗只有阶跃信号自身才能“感觉到”,这就是我们所说特征阻抗。
当传输线上出现阻抗不连续现象时,在阻抗变化地方阶跃信号就会产生反射现象,如果将
反射信号进行取样并显示在示波器屏幕上,就会得出如图 2 所示波形,从波形中我们可以
看出一条被测试传输线在不同位置上阻抗变化。
同时我们可以比较图 2 中两个波形。这是使用两台分辨率不同 TDR 设备在测试同一条传输
线时获得测试结果。对于传输线阻抗变化反映一个明显而另一个不明显。TDR 设备感知传
输线阻抗不连续分辨率取决于 TDR 设备所发出阶跃信号上升时间快慢,上升时间快所获得
分辨率就高。而 TDR 设备上升时间往往和测试系统带宽紧密相关,带宽高测试系统有更快
上升时间。从另外一个角度来考虑,TDR 设备系统带宽限制了 TDR 测试分辨率。在 IPC-
TM-650 测试手册中对 TDR 设备上升时间是按照系统上升时间(tsys)来定义。当我们要测
量一台 TDR 设备系统上升时间时,我们可以短路一台 TDR 设备输出,此时可以测出该
TDR 设备(tsys)(上升时间以及下降时间)。例如图 3TDR 设备系统上升时间就高达 28ps
左右。
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