CN106772187A - 一种用于传输线损耗测试正确性的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于传输线损耗测试正确性的确定方法，首先获取PCB测试板损耗测试的原始测试数据；然后确定测试结果低频阶段的数据正确性，即通过获取其起始频率的误差，确定其损耗测试数据的正确性；进行去嵌入分析，获取Nyquist频点数据，确定Nyquist频点数据的正确性区域；最后确定置信截止区，即确定测试数据正确性的极限值。该一种用于传输线损耗测试正确性的确定方法与现有技术相比，有效的减小工程师人工的作业时间，并排除主观判断的不严谨性，实用性强，易于实现，易于推广。

Description

一种用于传输线损耗测试正确性的确定方法

技术领域

本发明涉及PCB布线损耗技术领域，具体地说是一种实用性强、用于传输线损耗测试正确性的确定方法。

背景技术

随着信号速率越来越高，产品设计结构也越来越来复杂，25Gbps已经大量产品化，56Gbps信号已经在路上前行，芯片的Demo已经发布，预计2018年左右实现产品化。信号的提升带来各种信号完整性问题，信号对于串扰、抖动的容限，而抖动的产生的主要原因是信号通道的损耗。信号的损耗来自于传输线、过孔及各种无源连接器cable等，如何控制信号的损耗在信号总线定义的范围内尤为重要。在PCB结构中的传输线的损耗又包含了铜箔损耗和介质损耗，介质损耗在PCB中取决于PCB材料的介质损耗参数，而PCB材料又是树脂和玻璃纤维混合构成，不同参数的树脂和玻璃纤维构成一个个不同的PCB材料，不同的型号的参数不尽相同。从工程学角度，任何加工带有其误差，一般呈现正太分布，而不同的PCB材料同样影响正态分布的西格玛值。

通常对于传输线损耗参数的监控通过实际传输线损耗测试完成。传输线的损耗测试，目前主流的测试方法有SET2DIL、AFR、SFD、Delta L、SPP、S3等，不同的测试方法会有不同的精确性，本发明不涉及到测试本身方法的创新和优化，此处不再赘述。使用任何方法，整个传输损耗测试的环境必备条件都离不开以下因素：测试仪器(TDR或VNA，包括校准件),探头(SMA探头；手持类探头：GGB，LITEK，UNIPROBE等)，测试Cable及转接头，待测板卡及测试工程师(人)。各个测试方法均有其局限性，比如SET2DIL会将过孔的损耗包含其内，过孔stub过长会对测试带来不确定性；测试仪器的校准精度或参数漂移同样会带来各类误差；待测板卡设计的合理性是否满足各种测试方法要求，工厂加工的一致性等；测试工程师不同的测试手法，手持探头对测试点的施加力度是否一致，校准的完整度，对测试结果的分析正确性等同样会让测试结果导入主观性问题。

本发明设计一种用于传输线损耗测试正确性的确定方法，解决测试工程师，待测板卡及验证测试方法局限性带来的测试结果不客观性，通过优化测试板、测试过程及数据后处理达到更高精度的测试结果。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上不足之处，提供一种实用性强、用于传输线损耗测试正确性的确定方法。

一种用于传输线损耗测试正确性的确定方法，其实现过程为：

首先获取PCB测试板损耗测试的原始测试数据；

然后确定测试结果低频阶段的数据正确性，即通过获取其起始频率的误差，确定其损耗测试数据的正确性；

进行去嵌入分析，获取Nyquist频点数据，确定Nyquist频点数据的正确性区域；

最后确定置信截止区，即确定测试数据正确性的极限值；

上述正确性的起点、区域、极限值组成的范围内的测试数据，为可取的正确性数据。

所述PCB测试板的原始测试数据中测试三种长度的传输线，长度分别为10inch，5inch，2inch。

获取原始测试数据是在用户确认测试需求及测试板设计后，基于VNA/TDR方式获取的，所述VNA是指矢量网络分析仪，TDR则指时域反射技术，是对反射波进行分析的遥控测量技术。

确定测试结果低频阶段的数据正确性通过下述线性公式实现：

y＝w'x+e；

在该公式中，|e|<＝0.01dB/inch；x＝10MHz-4Ghz，即S参数测试起始频率为10MHz,对10MHz到4GHz数据进行线性拟合；w'为一常数。

通过上述公式获取的测试结果低频阶段的数据正确性中，对于5inch线和2inch线，当获取结果≤0.05dB时，其误差较小，认为该数据保持正确；对于10inch线，当获取结果≤0.08dB时，其误差较小，认为该数据保持正确。

Nyquist频点数据的正确性区域通过以下步骤确定：

1)首先在对PCB测试板的不同传输线的原始测试数据进行拟合，确定可选择区域，这里的不同传输线是指10inch，5inch原始数据进行拟合，5inch，2inch原始数据进行拟合；

2)然后进行去嵌分析，获取一个可选择的区域，这里的去嵌分析是指用10inch去嵌5inch,5inch去嵌2inch的数据进行对比。

步骤1)中通过以下公式获取可选择区域：

(IL-IL_fitted)_x/(IL-IL_fitted)_y≤5％；

其中，IL_fitted是指插损进行拟合后的数据，单位为dB/inch；IL是指实际测试插损数据，单位为dB/inch；x、y为不同长度的传输线，当x取10inch时，y取5inch，当x取5inch时，y取2inch；

通过该公式计算，判断是否满足5％要求，如不满足，则测试数据不可信。

步骤2)中进行去嵌分析，获取一个可选择的区域通过以下公式进行：

该公式中的5′deembeded2′、10′deembeded5′分别表示5inch去嵌2inch、10inch去嵌5inch的数据；

通过该公式计算，查看数据是否满足3％要求，满足则数据可信；如不满足，则测试数据不可信。

所述置信截止区是指对原始数据进行拟合后，在某频率后误差超过20％时，则表示其频率后的数据不可取，存在谐振的因素影响，对测试最终的结果误差较大，则该频率即为置信截止区的极限值。

所述置信截止区的获取通过以下公式实现：

|IL-IL_fitted|＜＝20％；

其中，IL_fitted是指插损进行拟合后的数据，单位为dB/inch；IL是指实际测试插损数据。

本发明的一种用于传输线损耗测试正确性的确定方法，具有以下优点：

该发明的一种用于传输线损耗测试正确性的确定方法，解决测试工程师，待测板卡及验证测试方法局限性带来的测试结果不客观性，通过优化测试板、测试过程及数据后处理达到更高精度的测试结果，通过分别确定损耗测试重要因素，保证结果的可靠性，此方法可以有效的减小工程师人工的作业时间，并排除主观判断的不严谨性，实用性强，易于实现，易于推广。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1为本发明的实现流程图。

附图2为PCB测试板设计三种传输线10inch，5inch及2inch传输线。

附图3为进行线性拟合反推0MHz的损耗值图。

附图4为验证Nyquist频点数据不确定性(Uncertainly)，L14层，5inch-2inch图。

附图5为验证Nyquist频点数据不确定性(Uncertainly)，L14层，10inch-5inch图。

附图6为验证Nyquist频点数据不确定性(Uncertainly)，L14层，5inch与3inch对比图。

附图7为验证Nyquist频点数据不确定性(Uncertainly)数据汇总图。

附图8为验证损耗测试的置信截止区图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1所示，一种用于传输线损耗测试正确性的确定方法，其实现过程为：

首先获取PCB测试板损耗测试的原始测试数据；

然后确定测试结果低频阶段的数据正确性，即通过获取其起始频率的误差，确定其损耗测试数据的正确性；

进行去嵌入分析，获取Nyquist频点数据，确定Nyquist频点数据的正确性区域；

最后确定置信截止区，即确定测试数据正确性的极限值；

上述正确性的起点、区域、极限值组成的范围内的测试数据，为可取的正确性数据。

所述PCB测试板的原始测试数据中测试三种长度的传输线，长度分别为10inch，5inch，2inch。

获取原始测试数据是在用户确认测试需求及测试板设计后，基于VNA/TDR方式获取的，所述VNA是指矢量网络分析仪，TDR则指时域反射技术，是对反射波进行分析的遥控测量技术。

确定测试结果低频阶段的数据正确性通过下述线性公式实现：

y＝w'x+e；

在该公式中，|e|<＝0.01dB/inch；x＝10MHz-4Ghz，即S参数测试起始频率为10MHz,对10MHz到4GHz数据进行线性拟合；＝w'为一常数。

S参数测试起始频率为10MHz,对10MHz到4GHz数据进行线性拟合，线性拟合的具体算法非本专利保护内容，主流的线性拟合算法均能满足本专利算法。通过线性拟合反推0MhzS参数的实际损耗大小，S参数具体有因果性及被动性特征，理想状态下，S参数在0MHz下实际损耗应为0。如反推值误差大于+-0.02dB/inch则表示测试过程中误差较大。

通过上述公式获取的测试结果低频阶段的数据正确性中，对于5inch线和2inch线，当获取结果≤0.05dB时，其误差较小，认为该数据保持正确；对于10inch线，当获取结果≤0.08dB时，其误差较小，认为该数据保持正确。

Nyquist频点数据的正确性区域通过以下步骤确定：

1)首先在对PCB测试板的不同传输线的原始测试数据进行拟合，确定可选择区域，这里的不同传输线是指10inch，5inch原始数据进行拟合，5inch，2inch原始数据进行拟合；

2)然后进行去嵌分析，获取一个可选择的区域，这里的去嵌分析是指用10inch去嵌5inch,5inch去嵌2inch的数据进行对比。

步骤1)中通过以下公式获取可选择区域：

(IL-IL_fitted)_x/(IL-IL_fitted)_y≤5％；

其中，IL_fitted是指插损进行拟合后的数据，单位为dB/inch；IL是指实际测试插损数据，单位为dB/inch；x、y为不同长度的传输线，当x取10inch时，y取5inch，当x取5inch时，y取2inch；

通过该公式计算，判断是否满足5％要求，如不满足，则测试数据不可信。

步骤2)中进行去嵌分析，获取一个可选择的区域通过以下公式进行：

该公式中的5′deembeded2′、10′deembeded5′分别表示5inch去嵌2inch、10inch去嵌5inch的数据；

通过该公式计算，查看数据是否满足3％要求，满足则数据可信；如不满足，则测试数据不可信。

所述置信截止区是指对原始数据进行拟合后，在某频率后误差超过20％时，则表示其频率后的数据不可取，存在谐振的因素影响，对测试最终的结果误差较大，则该频率即为置信截止区的极限值。

所述置信截止区的获取通过以下公式实现：

|IL-IL_fitted|＜＝20％；

其中，IL_fitted是指插损进行拟合后的数据，单位为dB/inch；IL是指实际测试插损数据。

不确定性Uncertainly是指拟合曲线偏差平均+3西格玛，Nyquist为奈奎斯特，奈奎斯特频率指的是采样率的一半。

参照附图1，进行测试流程，将测试数据汇总，本实施过程将以一个16层PCB板，L14层测试数据进行范例分析，来阐述算法的应用。设计损耗测试板要求按照图示2进行设计，分别包含10inch，5inch及2inch传输线，需要保证同层同环境。

附图3，对测试进行算法一验证，拟合10MHz与4GHz数据反推0MHz数据，以图示为例，5inchs传输线不能超过0.05dB，如超过将测试数据不可信，测试过程中受到校准精度，人为因素和测试板设计因素影响，需要进行针对性优化和验证，保证算法一通过。

附图4，就测试数据L14层根据5-2inchs原始数据进行数据拟合，灰色数据则为IL-IL_fitted，并按照公式4，此数据在2Ghz后如超过20％，则其频率后的数据不可取，存在谐振等因素影响，对测试最终的结果误差较大，应经在非置信区。

附图5，就测试数据L14层根据10-5inchs原始数据进行数据拟合，灰色数据则为IL-IL_fitted；按照公式2进行算法计算，判断是否满足5％要求，如不满足，则会存在测试数据不可信。

附图6，将拟合后数据进行对比，按照公式3进行算法计算，判断是否满足3％要求，如不满足，则会存在测试数据不可信。

附图7，对L14的测试数据进行数据汇总，发现测试数据均满足算法，说明此数据正确性。

附图8，说明置信截止区的选择，此测试数据由于环境恶劣在12Ghz之后数据均不可信，超过算法20％。

通过以上的执行过程，最终判断置信截止区，Nyquist频点数据正确性。用来排除测试仪器校准，人为测试因素及测试板设计环境较差带来的数据不确定性。

此方法执行简单，可以通过MATLAB等主流编程工具完成测试自动化，由于自动化测试程序非本发明声明内容，在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本发明所提供的一种用于传输线损耗测试正确性的确定方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于传输线损耗测试正确性的确定方法，其特征在于，其实现过程为：

首先获取PCB测试板损耗测试的原始测试数据；

然后确定测试结果低频阶段的数据正确性，即通过获取其起始频率的误差，确定其损耗测试数据的正确性；

进行去嵌入分析，获取Nyquist频点数据，确定Nyquist频点数据的正确性区域；

最后确定置信截止区，即确定测试数据正确性的极限值；

上述正确性的起点、区域、极限值组成的范围内的测试数据，为可取的正确性数据。

2.根据权利要求1所述的一种用于传输线损耗测试正确性的确定方法，其特征在于，所述PCB测试板的原始测试数据中测试三种长度的传输线，长度分别为10inch，5inch，2inch。

3.根据权利要求2所述的一种用于传输线损耗测试正确性的确定方法，其特征在于，获取原始测试数据是在用户确认测试需求及测试板设计后，基于VNA/TDR方式获取的，所述VNA是指矢量网络分析仪，TDR则指时域反射技术，是对反射波进行分析的遥控测量技术。

4.根据权利要求2所述的一种用于传输线损耗测试正确性的确定方法，其特征在于，确定测试结果低频阶段的数据正确性通过下述线性公式实现：

y＝w'x+e；

在该公式中，|e|<＝0.01dB/inch；x＝10MHz-4Ghz，即S参数测试起始频率为10MHz,对10MHz到4GHz数据进行线性拟合；w'x为一常数。

5.根据权利要求4所述的一种用于传输线损耗测试正确性的确定方法，其特征在于，通过上述公式获取的测试结果低频阶段的数据正确性中，对于5inch线和2inch线，当获取结果≤0.05dB时，其误差较小，认为该数据保持正确；对于10inch线，当获取结果≤0.08dB时，其误差较小，认为该数据保持正确。

6.根据权利要求2所述的一种用于传输线损耗测试正确性的确定方法，其特征在于，Nyquist频点数据的正确性区域通过以下步骤确定：

1)首先在对PCB测试板的不同传输线的原始测试数据进行拟合，确定可选择区域，这里的不同传输线是指10inch，5inch原始数据进行拟合，5inch，2inch原始数据进行拟合；

2)然后进行去嵌分析，获取一个可选择的区域，这里的去嵌分析是指用10inch去嵌5inch,5inch去嵌2inch的数据进行对比。

7.根据权利要求6所述的一种用于传输线损耗测试正确性的确定方法，其特征在于，步骤1)中通过以下公式获取可选择区域：

(IL-IL_fitted)_x/(IL-IL_fitted)_y≤5％；

其中，IL_fitted是指插损进行拟合后的数据，单位为dB/inch；IL是指实际测试插损数据，单位为dB/inch；x、y为不同长度的传输线，当x取10inch时，y取5inch，当x取5inch时，y取2inch；

通过该公式计算，判断是否满足5％要求，如不满足，则测试数据不可信。

8.根据权利要求6所述的一种用于传输线损耗测试正确性的确定方法，其特征在于，步骤2)中进行去嵌分析，获取一个可选择的区域通过以下公式进行：

$|\frac{{5^{\&prime;}}_{deembeded{2}^{\&prime;}}}{3}/\frac{{{10}^{\&prime;}}_{deembeded{5}^{\&prime;}}}{5}|\&le;3\%;$

该公式中的5′deembeded2′、10′deembeded5′分别表示5inch去嵌2inch、10inch去嵌5inch的数据；

通过该公式计算，查看数据是否满足3％要求，满足则数据可信；如不满足，则测试数据不可信。

9.根据权利要求2所述的一种用于传输线损耗测试正确性的确定方法，其特征在于，所述置信截止区是指对原始数据进行拟合后，在某频率后误差超过20％时，则表示其频率后的数据不可取，存在谐振的因素影响，对测试最终的结果误差较大，则该频率即为置信截止区的极限值。

10.根据权利要求9所述的一种用于传输线损耗测试正确性的确定方法，其特征在于，所述置信截止区的获取通过以下公式实现：

|IL-IL_fitted|＜＝20％；

其中，IL_fitted是指插损进行拟合后的数据，单位为dB/inch；IL是指实际测试插损数据。