CN108288979B - 一种高速信号测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速信号测试系统，其包括高速信号测试板和高频测试接头安装夹具，所述高速信号测试板包括高速信号焊盘，用于连接待测系统；高速信号微带传输线，金属GND层，金属化通孔和四分之一阻抗匹配单元，用于传输待测系统发射的高速信号。所述高频测试接头安装夹具包括高频接头、金属安装座和定位孔，用于连接高速信号测试板和高速信号测试仪表。
Description
技术领域
本发明涉及有线高速信号传输技术领域，具体涉及一种高速微带传输线信号测试系统。
背景技术
随着通信系统对大容量、高速率的需求日益增加，高速信号在通信系统中的应用越来越广泛，由于高速信号容易受到时钟、电源的开关频率的干扰，在通信系统中如何提高高速信号的传输质量来保证系统稳定性越来越受到开发者的关注，为提升高速信号的传输质量，首先应该对当前高速信号质量进行测试。
一般的高速信号测试系统普遍存在高频测试接头连接处阻抗失配的问题。同时，对于多通道高速信号测试，测试单板往往面积过大，实际操作中造成与测试仪表连接的射频线缆过度弯曲，引入信号抖动，造成测试结果中存在较大误差。
本发明提供了一种新型高速信号测试系统，解决了现有高速信号测试系统接头连接处阻抗失配、测试单板面积大、测试中引入信号串扰和信号抖动的缺点。
发明内容
针对现有通用高速信号测试系统的缺陷，本发明申请通过在高速信号测试板与高频接头连接处增加一段阻抗匹配单元，有效地消除了连接处阻抗失配带来的测量误差；通过金属化通孔，使得高速信号测试板、Top信号传输层和Bottom信号传输层都能进行信号传输，测试单板面积可减小为原来面积的一半。同时具有减小RF连接线缆的弯曲角度，去除因为RF线缆过度弯曲带来的信号抖动影响的有益效果。通过将原本相邻的高速信号微带传输线改为不同信号层进行传输，增大了GND层对传输信号的屏蔽效果，具有更好的屏蔽串扰信号的优点。
本发明的目的可通过下列技术方案实现：
一种高速信号测试系统，其特征在于，包括高速信号测试板和高频测试接头安装夹具，其中：
所述高速信号测试板为四层高频PCB电路板；从上至下四层依次为Top信号传输层、GND层一、GND层二、Bottom信号传输层；Bottom信号传输层的PCB电路板采用低损耗正切值的高频微波板材；
所述高频测试接头安装夹具包括金属安装座，所述金属安装座底部设有背部安装孔，高频接头通过背部安装孔固定在金属安装座上，金属安装座背部设有用于和高速信号测试板固定的定位孔。
所述高速信号测试板信号传输层包括阻抗匹配单元，阻抗匹配单元长度L为对应传输高频信号四分之一波长的奇数倍；L由高频微波板材介电常数、板材厚度和传输信号速率决定；
式中C为光速，f为所传输高频信号中心频率，εeff为等效介电常数，εr为介质基板介电常数，h为基板厚度，w为与待测高速系统特征阻抗匹配的高速信号微带传输线宽度；高速信号传输通过阻抗匹配单元(105)后，时延滞后四分之一周期的奇数倍，n为正整数。
在上述的高速信号测试系统，所述高速信号测试板包括框架状的高速信号焊盘，四层高频PCB电路板设置在框架状的高速信号焊盘中，四层高频PCB电路板为金属GND层，高速信号微带传输线两端固定在高速信号焊盘两侧，用于连接不同层间信号的金属化通孔设置在金属GND层中，高速信号焊盘一侧设有用于和安装高频测试接头安装夹具固定连接的安装通孔，阻抗匹配单元同固定在高速信号焊盘一侧；所述高速信号微带传输线一端通过阻抗匹配单元与高频测试接头安装夹具连接，另一端与待测高速系统输出端连接。
在上述的高速信号测试系统，所述高频测试接头安装夹具的定位孔通过金属螺丝，与高速信号测试板上的安装通孔固定，用于将高频接头内芯与阻抗匹配单元连接在一起，同时能够使高速信号测试板高频接头接地屏蔽端连接共参考地。
在上述的高速信号测试系统，微带传输线(102)为大于等于1组，高速信号微带传输线组数m取值范围为1≤m≤32；
高速信号微带传输线特征阻抗与待测高速系统特征阻抗匹配的任意值；
高频接头为特征阻抗一致性好、插入损耗小、反射系数低、工作频段宽的公头；
高频接头的特征阻抗与待测高速系统特征阻抗相匹配。
在上述的高速信号测试系统，高速信号微带传输线走线两侧通过添加GND接地敷铜进行信号屏蔽，GND接地敷铜与高速信号微带传输线间距s距离满足：2mil≤s≤20mil。
在上述的高速信号测试系统，GND接地敷铜与其它GND层间，添加金属化通孔连通，增加传输信号屏蔽效果；其中：金属化通孔的孔径d尺寸满足：2mil≤d≤10mil，通孔间距l满足：l≤六分之一个周期高速信号微带传输线长度。
在上述的高速信号测试系统，高频接头和阻抗匹配单元通过焊接或压接的形式连接。
在上述的高速信号测试系统，相邻的一组高速信号微带传输线，高频测试接头安装夹具能够通过180°镜像翻转，使高频接头内芯与镜像对称的Bottom层高速信号微带传输线连接。
在上述的高速信号测试系统，背部安装孔个数与高频接头选型对应；安装通孔和定位孔使用金属螺丝对应安装，开孔个数n取值范围：2≤n≤32。
本发明具有以下有益效果：1、本发明在高速信号测试板高速信号传输线上增加一段阻抗匹配单元，射频测试接头内芯和高速信号测试板在阻抗匹配单元处连接，解决了微带传输线和高频接头间阻抗跳变的问题。2、本发明通过金属化通孔，使相邻的高速信号微带传输线通过Top信号传输层和Bottom信号传输层间隔传输。与一般的高速信号测试系统相比，本发明高速信号测试板面积减小一半。同时，由于相邻的微带线在PCB板不同的信号层进行传输，使得GND对高速信号的屏蔽效果增强，有效地解决了相邻传输线间的串扰问题。3、本发明与一般的高速信号测试系统相比，高速信号测试板尺寸减小一半、实际操作使用中，亦可避免RF连接线弯曲角度过大，解决了RF连接线过度弯曲引入的信号抖动误差。
附图说明
图1为本发明高速信号测试板各信号层结构示意图。
图2为本发明实施例1高速信号测试板结构示意图。
图3为本发明实施例2高速信号测试板结构示意图。
图4a为本发明高频测试接头安装夹具结构示意图(高频接头)。
图4b为本发明高频测试接头安装夹具结构示意图(金属安装座)。
图4c为本发明高频测试接头安装夹具结构示意图(高频接头和金属安装座配合安装后)。
图中：101-高速信号焊盘，102-高速信号微带传输线，104-金属化通孔，105-阻抗匹配单元，106-安装通孔；201-高频接头，201-1-高频接头内芯，201-2高频接头接地屏蔽端，201-3-金属孔，202-金属安装座，203-背部安装孔，204-定位孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明，由此，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。为表述方便，本发明以4组信号传输线进行实例说明，传输信号速率为25Gb/s。
如图2所示，高速信号测试板为4层板，从上至下叠层依次为：Top层(高速信号传输层)-GND1(Top层参考地)-GND2(Bottom层参考地)-Bottom层(高速信号传输层)。Top-GND1层和GND2-Bottom层间均使用Rogers4350B微波板材，介电常数3.66，损耗正切角0.0037，板材厚度5mil；GND1-GND2间使用FR-4板材填充，介电常数4.4，损耗正切角0.02，板厚20mil；测试板整板完成厚度40mil。
本发明实例中，传输信号速率为25Gb/s，对应差分微带线走线宽度为9mil，差分线间距11mil。根据微波板材厚度和介电常数计算得出，对应的四分之一周期时延传输线长为69.7mil。
实施例1：如图2、和图4a至图4c所示，待测系统通过FPC与高速信号焊盘101焊接，将4组差分信号传输到高速信号测试板Top信号传输层上；第1组和第3组差分信号传输线，通过金属化通孔104，转换到Bottom信号传输层，其中：第1组差分信号传输线转换到第2组差分信号传输线的下方进行传输，第3组差分信号传输线转换到第4组差分信号传输线的下方进行传输。同一组差分信号线等长布线，信号线末端与阻抗匹配单元105连接；阻抗匹配单元105走线长度取四分之五个信号传输周期，即338.5mil。高频接头201使用金属安装螺丝固定在金属安装座202上，金属安装座202通过定位孔204与高速信号测试板上安装通孔106固定安装，根据高频接头201的型号，设计安装通孔106的孔位和孔径，确保高频接头内芯201-1压接在阻抗匹配单元105的中心线上。高频测试接头安装夹具可通过180°镜像翻转，实现高频接头内芯201-1压接在镜像对称的Bottom层信号传输线路上。高频接头外屏蔽端201-2、金属安装座202和高速信号测试板通过定位孔204共GND固定，整个测试系统具有统一的参考地。
实施例2：如图1、图3、和图4a至图4c所示，待测系统通过FPC与高速信号焊盘101焊接，将4条信号传输到高速信号测试板Top信号传输层上；第1条和第3条高速信号微带传输线，通过金属化通孔104，转换到Bottom信号传输层，其中：第1条高速信号微带传输线转换到第2条高速信号微带传输线的正下方进行传输，第3条高速信号微带传输线转换到第4条高速信号微带传输线的正下方进行传输。信号线末端与阻抗匹配单元105连接；阻抗匹配单元105走线长度取四分之五个信号传输周期，即338.5mil。高频接头201使用金属安装螺丝固定在金属安装座202上，金属安装座202通过定位孔204与高速信号测试板上的安装通孔106固定安装，根据高频接头201的型号，设计安装通孔106的孔位和孔径，确保高频接头内芯201-1压接在阻抗匹配单元105的中心线上。高频测试接头安装夹具可通过180°镜像翻转，实现高频接头内芯201-1压接在镜像对称的Bottom层信号传输线路上。高频接头外屏蔽端201-2、金属安装座202和高速信号测试板通过定位孔204共GND固定，整个测试系统具有统一的参考地。
本文中所描述的具体实例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (8)
1.一种高速信号测试系统，其特征在于，包括高速信号测试板和高频测试接头安装夹具，其中：
所述高速信号测试板为四层高频PCB电路板；从上至下四层依次为Top信号传输层、GND层一、GND层二、Bottom信号传输层；Bottom信号传输层的PCB电路板采用低损耗正切值的高频微波板材；
所述高频测试接头安装夹具包括金属安装座(202)，所述金属安装座(202)底部设有背部安装孔(203)，高频接头(201)通过背部安装孔(203)固定在金属安装座(202)上，金属安装座(202)背部设有用于和高速信号测试板固定的定位孔(204)；
所述高速信号测试板包括框架状的高速信号焊盘(101)，四层高频PCB电路板设置在框架状的高速信号焊盘(101)中，GND层一、GND层二均采用金属GND层，高速信号微带传输线(102)两端固定在高速信号焊盘(101)两侧，用于连接不同层间信号的金属化通孔(104)设置在金属GND层中，高速信号焊盘(101)一侧设有用于和安装高频测试接头安装夹具固定连接的安装通孔(106)，阻抗匹配单元(105)固定在高速信号焊盘(101)一侧；所述高速信号微带传输线(102)一端通过阻抗匹配单元(105)与高频测试接头安装夹具连接，另一端与待测高速系统输出端连接；
阻抗匹配单元(105)的长度L为对应传输高频信号四分之一波长的奇数倍；其中，
式中C为光速，f为所传输高频信号中心频率，εeff为等效介电常数，εr为介质基板介电常数，h为介质基板厚度，w为与待测高速系统特征阻抗匹配的高速信号微带传输线宽度；高速信号传输通过阻抗匹配单元(105)后，时延滞后四分之一周期的奇数倍，n为正整数。
2.根据权利要求1所述的高速信号测试系统，其特征在于，所述高频测试接头安装夹具的定位孔(204)通过金属螺丝，与高速信号测试板上的安装通孔(106)固定，用于将高频接头内芯(201-1)与阻抗匹配单元(105)连接在一起，同时能够使高速信号测试板和高频接头接地屏蔽端(201-2)连接共参考地。
3.根据权利要求1所述的高速信号测试系统，其特征在于，高速信号微带传输线(102)为大于等于1组，高速信号微带传输线(102)组数m取值范围为1≤m≤32；
高速信号微带传输线(102)特征阻抗值是与待测高速系统特征阻抗值匹配的任意值；
高频接头(201)为特征阻抗一致性好、插入损耗小、反射系数低、工作频段宽的公头；
高频接头(201)的特征阻抗与待测高速系统特征阻抗相匹配。
4.根据权利要求1中的一种所述的测试系统，其特征在于，高速信号微带传输线走线两侧通过添加GND接地敷铜进行信号屏蔽，GND接地敷铜与高速信号微带传输线间距s距离满足：2mil≤s≤20mil。
5.根据权利要求1所述的高速信号测试系统，其特征在于，GND接地敷铜与其它GND层间，添加金属化通孔连通，增加传输信号屏蔽效果；其中：金属化通孔的孔径d尺寸满足：2mil≤d≤10mil，通孔间距l满足：l≤六分之一个周期高速信号微带传输线长度。
6.根据权利要求1或2所述的高速信号测试系统，其特征在于，高频接头(201)和阻抗匹配单元(105)通过焊接或压接的形式连接。
7.根据权利要求1所述的高速信号测试系统，其特征在于，高频测试接头安装夹具能够通过180°镜像翻转后，使高频接头内芯(201-1)与高速信号微带传输线连接。
8.根据权利要求1所述的高速信号测试系统，其特征在于，背部安装孔(203)个数与高频接头选型对应；安装通孔(106)和定位孔(204)使用金属螺丝对应安装，开孔个数n取值范围：2≤n≤32。
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