CN109683041A - 一种高速数字互连部件复杂参数测试的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速数字互连部件复杂参数测试的方法，具体涉及高速数字互连测试技术领域。其解决了现有的高速数字互连部件复杂参数快速测量的不足。该高速数字互连部件复杂参数测试的方法，采用一台多端口矢量网络分析仪，多端口矢量网络分析仪通过电缆连接被测件，具体采用以下步骤：对多端口矢量网络分析仪进行N端口快速校准，使用电子校准件对多端口矢量网络分析仪进行校准，若被测件的端口数是N，则需要对多端口矢量网络分析仪的N个端口进行校准；设置拓扑结构；进行测试连接；最后利用高速数字互连部件测量标准测量应用与效果分析。

Description

一种高速数字互连部件复杂参数测试的方法

技术领域

本发明涉及高速数字互连测试技术领域，具体涉及一种高速数字互连部件复杂参数测试 的方法。

背景技术

由于通信技术的快速发展，高速背板、PCB板、传输线等高速互连部件对高带宽、低延 时数据传输需求也日趋迫切，因此多通道差分网络的传输特性参数测试也是业界的一个热点。 越来越多的工程师开始使用多端口矢量网络分析仪解决高速数字互连部件快速测试的技术难 题。

高速数字互连测试时通常需要按照行业标准对线缆、连接器、背板等部件进行一些特性 参数测试，检测其性能是否能够满足指标要求。高速数字互连部件需要测试的特性参数有很 多种，比如需要测量差分阻抗、插入损耗、回波损耗、近端串扰、远端串扰等参数。然而， 除了上述这些参数外，很多用户还需要对这些基本测量参数数据进行较为复杂的数学运算， 从而得到符合检验标准的特殊参数。例如很多用户需要得到高速数字线缆的插入损耗偏差、 插入损耗均方根等测量参数。对于这些参数的获取，通常需要在测试时对测量得到的插入损 耗数据进行拟合，然后再按照总线标准进行检验是否合格。在总线标准中常用如下的三阶多 项式来拟合插入损耗曲线：

其中，f_b是指高速数字总线支持的最大速率，在总线的标准规范中一般都有标准值，c₀、 c₁、c₂、c₃是多项式系数。在求解多项式系数c₀、c₁、c₂、c₃的方法中，一般是采用最小二乘方法，具体的表达式可写为：

其中，mag(IL_f)是指每个频点对应的插入损耗幅度值。

插入损耗的偏差定义如下：

ILD(f)＝IL(f)-IL_fitted(f)

定义ILD_rms为插入损耗的均方根值，表达式为：

其中，W(f)为加权系数，在总线标准中有具体的定义。

众所周知，高速数字互联部件有很多种，不同的高速数字互连部件测试对应的标准也各 不相同，常用的测试标准有USB Type-C、OIF CEI-25G-LR、PCI-E Gen3、IEEE802.3ap 10GBASE-KX4、IEEE 802.3ba 40GBASE-CR等。例如在OIF CEI-25G-LR高速背板测试方面， 用户需要在一定的频段内测试通道插入损耗曲线是否满足指标要求。因此，用户需要在测量 传输通道插入损耗时设置测量轨迹的上极限值曲线和下极限值曲线，具体计算公式如下所示：

现有的矢量网络分析仪不能直接完成高速数字互连部件复杂参数测试的直接测试，用户 需要开发测试系统软件来实现这些参数的测试。首先，用户需要通过程控的方式完成被测件 的基本S参数或差分S参数的测量。其次，用户需要使用测试系统软件对被测件测量数据进 行二次处理，通过运算得到高速数字互连部件的复杂参数。这一实现方案比较繁琐，实时性 不好，测量效率低，测试系统组建复杂。并且这一方案需要开发程控软件进行测量控制和测 量数据处理，测试系统开发成本高。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足，提出了一种使用矢量网络分析仪实现高速数字互连部件 复杂参数测试的方法，通过轨迹曲线的方式实时地把高速数字互连部件复杂参数测试结果显 示给用户。

本发明具体采用如下技术方案：

一种高速数字互连部件复杂参数测试的方法，采用一台多端口矢量网络分析仪，多端口 矢量网络分析仪通过电缆连接被测件，具体采用以下步骤：

步骤①：对多端口矢量网络分析仪进行N端口快速校准，使用电子校准件对多端口矢量 网络分析仪进行校准，若被测件的端口数是N，则需要对多端口矢量网络分析仪的N个端口 进行校准；

步骤②：设置拓扑结构，对被测高速数字互连部件与矢量网络分析仪测量端口的连接关 系进行拓扑结构设置；用户通过混合模S参数设置界面，设置被测件的测量端口数以及设置 被测件的端口和测试仪端口的映射关系信息；用户根据被测件特点，选择单端-平衡、平衡- 平衡或平衡-单端的不同类型的拓扑结构的设置；通过端口阻抗设置界面进行阻抗设置，从而 实现任意端口阻抗的高速数字互连部件的测量；

步骤③：进行测试连接；使用多端口矢量网络分析仪首先得到被测件的单端S参数的测 量数据，然后根据步骤②所设置的映射关系，进行矩阵变换运算处理，从而获得被测件的差 分混合模网络参数测量数据；

步骤④：调用高速数据总线测量标准库，实现复杂参数测量；

步骤⑤：高速数字互连部件测量标准测量应用与效果分析。

优选地，所述步骤①中，校准需要的连接次数是：单端口标准连接次数为1次，直通连 接次数为N-1次。

优选地，多端口矢量网络分析仪通过电缆连接被测件中，被测件使用测量夹具与电缆固 定。

优选地，被测件使用测量夹具与电缆固定时，在测试连接中进行夹具去嵌处理。

优选地，所述步骤④中，多端口矢量网络分析仪的高级运算器软件模块中添加有“定制 标准库”。

本发明具有如下有益效果：

该高速数字互连部件复杂参数测试的方法给使用矢量网络分析仪实现高速数字互连部件 复杂参数测试，最终通过轨迹曲线的方式实时地把高速数字互连部件复杂参数测试结果显示 给用户；解决了高速数字互连部件复杂参数快速测量的难题，提高了测量效率，节省了测量 成本。

附图说明

图1为高速数字互连部件复杂参数测试各部件连接示意图；

图2为高速数字互连部件复杂参数测试的方法流程框图。

其中，1为多端口矢量网络分析仪，2为电缆，3为测量夹具。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

如图1所示，一种高速数字互连部件复杂参数测试的方法，采用一台多端口矢量网络分 析仪1，多端口矢量网络分析仪1通过电缆2连接被测件，多端口矢量网络分析仪通过电缆 连接被测件中，被测件有需要时可以使用测量夹具3与电缆固定，被测件使用测量夹具与电 缆固定时，在测试连接中进行夹具去嵌处理，具体采用以下步骤：

步骤①：对多端口矢量网络分析仪进行N端口快速校准，使用电子校准件对多端口矢量 网络分析仪进行校准，若被测件的端口数是N，则需要对多端口矢量网络分析仪的N个端口 进行校准；校准需要的连接次数是：单端口标准连接次数为1次，直通连接次数为N-1次。

步骤②：设置拓扑结构，对被测高速数字互连部件与矢量网络分析仪测量端口的连接关 系进行拓扑结构设置；用户通过混合模S参数设置界面，设置被测件的测量端口数以及设置 被测件的端口和测试仪端口的映射关系信息；用户根据被测件特点，选择单端-平衡、平衡- 平衡或平衡-单端的不同类型的拓扑结构的设置；还可以通过端口阻抗设置界面进行阻抗设 置，从而实现任意端口阻抗的高速数字互连部件的测量；

步骤③：进行测试连接；使用多端口矢量网络分析仪首先得到被测件的单端S参数的测 量数据，然后根据步骤②所设置的映射关系，进行矩阵变换运算处理，从而获得被测件的差 分混合模网络参数测量数；

步骤④：调用高速数据总线测量标准库，实现复杂参数测量；多端口矢量网络分析仪的 高级运算器软件模块中添加“定制标准库”。实现高速数据总线测量标准库的加载，用户通过 点击“定制标准”按钮，进入高速数字互连部件测量标准设置界面。

高速数字互连部件测量标准所支持的标准库，此功能可以用于USB TYPE C、PCIE、OIF CEI-25G-LR等数十种高速数字互连部件复杂参数的测试。此外，本发明的软件还支持客户自 定义测量标准导入与测试，客户只需按照软件向导，导入自定义测量即可。

本发明的软件采用了Visual Studio 2015和Matlab混合编程的方法，使高速数字互连 部件测量功能软件模块支持积分等复杂函数的运算。利用Matlab强大的数学处理能力，完成 复杂的复杂函数的计算。Matlab与Visual Studio 2015混合编程的实现方法有多种，本发 明经过对比，最终使用了动态链接库的方法。通过设置Matlab编译器,可以把由Matlab编 写的m文件编译成动态链接库(DLL)。在Visual Studio 2015程序中调用封装的函数,实现复 杂参数的计算。这种方法只需在程序中包含所生成的动态库文件并配置相关库文件路径即可, 不需要安装整个Matlab软件。

步骤⑤：高速数字互连部件测量标准测量应用与效果分析。USB TYPE C线缆测试曲线， 进行了线缆的插入损耗一致性测试，拟合了插入损耗曲线，完成了插入损耗偏差测试。红色 的曲线是测试标准，黄色和蓝色曲线是实测值。

该高速数字互连部件复杂参数测试的方法中，

(1)高速数字互连部件测量功能软件模块把一些常用的测试标准所对应的复杂参数都内 置到矢量网络分析仪的软件中，用户只需点击相应的测量标准即可完成相应的测量，不需要 自己编辑测量参数计算公式。同时本发明软件模块会根据被测件实际测量数据与测量标准值 进行比较，然后给出被测件是否合格的提示信息，这一方案大大提了高速数字互连部件的测 量效率。

(2)高速数字互连部件测量功能软件模块支持用户自定义测量标准的导入。

用户通过“自定义测量标准”栏的“导入按键”导入用户自己编辑的动态库文件即可把 自己的测量标准加入到测量标准参数列表中。当用户通过测量标准参数列表选择自己定义的 测量标准后，软件模块会自动在后台进行相应参数的计算与数据的更新，并把运算得到轨迹 数据以测量轨迹的方式直观地显示到窗口上，这也精简了用户的操作步骤、提高了测量效率。

(3)高速数字互连部件测量功能软件模块支持被测件编码信息的录入功能，并且还可以 支持编码信息自动生成功能。如果用户勾选“自动”前面的复选择按钮则使用被测件编码信 息自动生成功能，如果不勾选则是用户自定义格式的编码信息。

(4)高速数字互连部件测量功能软件模块支持测试报告导出功能，导出的报告格式支持 *.Pdf、*.word、*.Excel等三种。用户通过点击单选按钮选择导出格式，默认是*.pdf格式.

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的 技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护 范围。

Claims (5)

1.一种高速数字互连部件复杂参数测试的方法，其特征在于，采用一台多端口矢量网络分析仪，多端口矢量网络分析仪通过电缆连接被测件，具体采用以下步骤：

步骤①：对多端口矢量网络分析仪进行N端口快速校准，使用电子校准件对多端口矢量网络分析仪进行校准，若被测件的端口数是N，则需要对多端口矢量网络分析仪的N个端口进行校准；

步骤②：设置拓扑结构，对被测高速数字互连部件与矢量网络分析仪测量端口的连接关系进行拓扑结构设置；用户通过混合模S参数设置界面，设置被测件的测量端口数以及设置被测件的端口和测试仪端口的映射关系信息；用户根据被测件特点，选择单端-平衡、平衡-平衡或平衡-单端的不同类型的拓扑结构的设置；通过端口阻抗设置界面进行阻抗设置，从而实现任意端口阻抗的高速数字互连部件的测量；

步骤③：进行测试连接；使用多端口矢量网络分析仪首先得到被测件的单端S参数的测量数据，然后根据步骤②所设置的映射关系，进行矩阵变换运算处理，从而获得被测件的差分混合模网络参数测量数；

步骤④：调用高速数据总线测量标准库，实现复杂参数测量；

步骤⑤：高速数字互连部件测量标准测量应用与效果分析。

2.如权利要求1所述的一种高速数字互连部件复杂参数测试的方法，其特征在于，所述步骤①中，校准需要的连接次数是：单端口标准连接次数为1次，直通连接次数为N-1次。

3.如权利要求1所述的一种高速数字互连部件复杂参数测试的方法，其特征在于，多端口矢量网络分析仪通过电缆连接被测件中，被测件使用测量夹具与电缆固定。

4.如权利要求3所述的一种高速数字互连部件复杂参数测试的方法，其特征在于，被测件使用测量夹具与电缆固定时，在测试连接中进行夹具去嵌处理。

5.如权利要求1所述的一种高速数字互连部件复杂参数测试的方法，其特征在于，所述步骤④中，多端口矢量网络分析仪的高级运算器软件模块中添加有“定制标准库”。