胡為東系列文章之十二--參數(shù)測量中針對夾具或探頭

對于相當(dāng)多的被測試產(chǎn)品，如接插件、使用插槽的電路板等都需要使用專門的夾具才能進(jìn)行S 參數(shù)測試，這是因為這些被測件的接口通常是非SMA 或者BNC 等通用接口類型的，而S 參數(shù)測試儀器如SPARQ、VNA 等儀器的連接接口通常都是SMA 或者BNC 等標(biāo)準(zhǔn)類型的，因此被測件和測試儀器的連接需要輔助夾具。如下圖1 所示為一些需要夾具才能夠進(jìn)行S 參數(shù)測試的被測件（左下腳圖片為Teledyne LeCroy（力科）的信號完整性S 參數(shù)測試儀）：

下圖2 所示為使用一個夾具進(jìn)行接插件測試的示意圖：

夾具的使用一定會給被測件的S 參數(shù)測試結(jié)果帶來影響。如果相對于被測件DUT 本身來說，夾具的影響非常小，則可以忽略，或者若是將整個系統(tǒng)（包括被測件DUT 和夾具）一起進(jìn)行考慮，需要的是S 參數(shù)和被測件DUT 的整體性能，那么夾具的影響也是可以不用考慮的。但是如果夾具的損耗和被測件DUT 的損耗相當(dāng)，那么夾具的影響往往是不可忽略的，這時候我們就需要考慮使用一些辦法來消除夾具給測試帶來的影響。

二、現(xiàn)有的夾具去嵌方法及不足之處
當(dāng)前針對S 參數(shù)測量中夾具的去嵌主要有如下幾種方法：
1、基于夾具的S 參數(shù)的去嵌方法
該方法使用起來非常方便，只要將夾具的S 參數(shù)帶入到測試儀器校準(zhǔn)分析軟件中即可實現(xiàn)對夾具的去嵌，但是一個夾具的S 參數(shù)往往并不容易得到，如測試時用到的探頭，S 參數(shù)不僅很難得到，而且即使探頭廠家有提供探頭的S 參數(shù)，在實際測試中也往往會因為連接方式，點觸方向等導(dǎo)致探頭S 參數(shù)發(fā)生變化，也會影響到測試結(jié)果的精確性。

2、TRL 校準(zhǔn)方式
TRL（Through/Reflect/Line）校準(zhǔn)方式也是目前業(yè)內(nèi)用得比較普遍的一個校準(zhǔn)方法，適合于校準(zhǔn)比較復(fù)雜的傳輸線結(jié)構(gòu)的夾具。TRL 夾具需要測試人員提前設(shè)計精確的包括Through（直通）、Reflect（反射）、Line（線）的夾具，TRL 夾具必須要和實際應(yīng)用單板的各項參數(shù)相一致，比如印制電路板的疊層、各疊層的厚度、所用材料的介電常數(shù)、傳輸線的阻抗控制、線寬等等。而這對于兩個可能是不同時候設(shè)計和生產(chǎn)的不同單板來說，控制得非常一致是比較困難的。此外，夾具上的連接器磨損也會影響到校準(zhǔn)結(jié)果。

3、OSLT 校準(zhǔn)
OSLT（Open/Short/Load/Through）校準(zhǔn)方法是標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)方法，S 參數(shù)測試儀器通常會標(biāo)配有該方法，OSLT 校準(zhǔn)方法的缺點是需要一整套標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)件，它的接口也通常是SMA或者是BNC 接口的，而且它需要夾具的末端接口（夾具與被測件DUT 相連接的接口）類型也是SMA 或者BNC 的，而絕大部分測試夾具都不具備這樣的要求，如果設(shè)計嵌入式的OSLT 用于校準(zhǔn)，除了存在和TRL 校準(zhǔn)類似的問題外，還會存在其它潛在的誤差源，如將Short，Open 視為理想情形，將Load 視為非頻率相關(guān)的。

4、
是在Teledyne LeCroy（力科）的信號完整性S 參數(shù)分析儀SPARQ 中和OSLT 相同的一種方法。

5、時域Gating 校準(zhǔn)（Time Domain Gating）
時域Gating 校準(zhǔn)方法是Teledyne LeCroy（力科）用于SPARQ 中的一種最新的校準(zhǔn)技術(shù)，也是力科最新的一項專利技術(shù)。該方法能夠減少上述校準(zhǔn)方法所存在的缺點，而且具有操作方便的優(yōu)點，也非常適合于使用探頭進(jìn)行S 參數(shù)測試時對探頭的校準(zhǔn)。

另外，使用基于S 參數(shù)的校準(zhǔn)方法、TRL 校準(zhǔn)方法、OSLT 校準(zhǔn)方法、方法對探頭的去嵌也是S 參數(shù)測試中的另外一個難點，因為探頭模型難以在PCB 板上模擬出來。下圖3 所示的Gigaprobes 是S 參數(shù)測試中常用的探頭：

三、應(yīng)用于力科SPARQ 中的新一代時域“Gating”去嵌方法
下圖4 所示為S 參數(shù)測試儀器通過夾具對被測件DUT 進(jìn)行測試的一般拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

從上圖4 可見，對于一個具有P 個端口的被測件DUT，將需要2P 個端口的夾具，其中P 個端口與測試儀器的P 個端口相連接，另外P 個端口與被測件DUT 相連接。如果知道具有2P 個端口的夾具的S 參數(shù)，那么對夾具的去嵌將變得非常容易。如Teledyne LeCroy（力科）公司的信號完整性S 參數(shù)分析儀中就集成了基于S 參數(shù)的夾具去嵌方法。如下圖5 所示，只要將夾具所對應(yīng)的：*.snp 的S 參數(shù)文件帶入到圖5 的界面設(shè)置中即可實現(xiàn)對于夾具的去嵌。但是正如前文所述，獲取夾具的S 參數(shù)是關(guān)鍵。