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怎样分析PCB连接器的阻抗和损耗

发布日期:2019-01-08   作者:   来源:   编辑:   访问量:315

PCB的阻抗和损耗对于PCB连接器高速信号的传输至关重要。因为对这么复杂的传输通道实现分析,可以通过传输通道冲击响应来探讨其对信号的影响。电路的冲击响应还可以根据传输1个窄脉冲获得。理想的窄脉冲应当是宽度无限窄、非常高幅度的一个窄脉冲,当这一窄脉冲顺着传输线传输时,脉冲会被展宽,展宽后的形状和线路的响应有关。从数学上而言,可以把通道的冲击响应和输入信号卷积获得经通道传输之后信号的波形。冲击响应可以根据通道的阶跃响应获得,因为阶跃响应的微分就是冲击响应,因此二者是等价的。

 在具体情况下,理想窄的脉冲或者无限陡的阶跃信号是不存在的,不但难以产生并且精度不好控制,因此在实际测试中更多地是使用正弦波进行测试得到频域响应,并通过相应的物理层测试系统软件取得时域响应。对比其它信号,正弦波更容易形成,同时其频率和幅度精度更容易控制。矢量网络分析仪VNAvector network analyzer)可以在高达几十GHz的频率范围内通过正弦波扫频的方式精确测量传输通道对不同频率的反射和传输特性,动态范围达100dB以上,因此现代在进行高速传输通道分析时首要用到矢量网络分析仪去进行测量。

 被测系统对于不同频率正弦波的反射和传输特性都可以用S参数(S-parameter)表达,S参数叙述的是被测件对于不同频率的正弦波的传输和反射的特性。假如可以获得传输通道对于不同频率的正弦波的反射和传输特性,理论上就可以预测真实的数字信号经过这一传输通道后的影响,由于真实的数字信号在频域上看可以觉得是由很多不同频率的正弦波组成的。

 对于1个单端的传输线而言,其包括4S参数:S11S22S21S12S11S22分别体现的是1端口和2端口对于不同频率正弦波的反射特性,S21反映的是以1端口到2端口的不同频率正弦波的传输特性,S12体现的是从2端口到1端口的不同频率正弦波的传输特性。针对差分的传输线而言,因为一共四个端口,因此其S参数更繁杂一些,总共有16个。通常情况下会采用4端口乃至更多端口的矢量网络分析仪对差分传输线进行测量以取得其S参数。

 假如取得了被测差分线的16S参数,这对差分线的很多重要特性就已经得到了,例如SDD21参数就反映了差分线的插入损耗特性、SDD11参数就反映其回波损耗特性。

 可以深化通过对这些S参数做过反FFT变换获得更多信息。例如对SDD11参数变换得到时域的反射波形(TDR:Time Domain Reflection),通过时域反射波形可以反映出被测传输线上的阻抗变动状况。可以对传输线的SDD21结果做反FFT变换得到其冲击响应,进而预测出不同数据速率的数字信号经过这对差分线之后的波形或是眼图。这对于数字设计工程师全是些十分实用的信息。

 由此可见,用矢量网络分析仪(VNA)对数字信号的传输通道进行测量,某一方面效仿了射频微波的分析手段,可以在几十GHz的频率范围内得到十分精准的传输通道的特性;一方面,通过对测量结果进行一些简易的时域变换,就可以分析出通道上的阻抗变化、对真实信号传输的影响等,进而协助数字工程师在前期阶段就可以分辨出背板、电缆、连接器、PCB等的优劣,而无须等到最终信号出问题时再去匆匆忙忙应对。

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