TWI712810B

TWI712810B - 檢測差動訊號之方法

Info

Publication number: TWI712810B
Application number: TW108132802A
Authority: TW
Inventors: 曾淳一; 陳彥豪
Original assignee: 英業達股份有限公司
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2020-12-11
Also published as: TW202111342A

Abstract

一種檢測差動訊號之方法，包括：以處理器擷取第一訊號線在頻率範圍內的多個第一介入損失以及第二訊號線在該頻率範圍內的多個第二介入損失，其中第一訊號線與該第二訊號線用於傳輸差動訊號對；以處理器計算在頻率範圍內的該些第一介入損失與該些第二介入損失之間的多個最大誤差比率；以處理器判斷該些最大誤差比率之中任一個是否大於或等於上限閥值；當處理器確定該些最大誤差比率中的一個大於或等於上限閥值時，以處理器發出一警示訊號；以及當處理器確定該些最大誤差比率均各小於該上限閥值時，則結束方法。

Description

檢測差動訊號之方法

本發明係關於一種電氣訊號檢測方法，尤指一種差動訊號的檢測方法。

在高速傳輸的需求日益增加下，差動訊號線路之設計已普遍地應用於各種電子產品。同時，差動訊號之傳輸品質也隨著頻率越來越高而越來越受到重視。影響傳輸品質的因素有很多，除了印刷電路板的材料品質之外，介入損失(insertion loss)亦為評估整體傳輸的損耗程度指標，而介入損失通常藉由網路分析儀(VNA)進行量測以取得。

目前做法必須完成量測後，事後做數據分析時，才能得知量測數據是否有誤。除非發生異常的資料是明顯可見，一般狀況通常在量測當下不容易即時得知數據有誤。

有鑑於此，目前的確有需要一種改良的差動訊號檢測方法，至少可改善以上缺點。

本發明在於提供一種檢測差動訊號的方法，可即時地發現量測數據之錯誤，有效地改善以往必須事後數據分析才能發現錯誤的缺點。

本發明一實施例所揭露的檢測差動訊號的方法，包括：以處理器擷取第一訊號線在頻率範圍內的多個第一介入損失以及第二訊號線在頻率範圍內的多個第二介入損失，其中第一訊號線與第二訊號線用於傳輸差動訊號對；以處理器計算在頻率範圍內的該些第一介入損失與該些第二介入損失之間的多個最大誤差比率；以處理器判斷該些最大誤差比率之中任一個是否大於或等於上限閥值；當處理器確定該些最大誤差比率中的一個大於或等於該上限閥值時，以處理器發出警示訊號；以及當處理器確定該些最大誤差比率均各小於該上限閥值時，則結束方法。

本發明另一實施例所揭露的檢測差動訊號的方法，包括：以處理器擷取第一訊號線在頻率範圍內的多個第一介入損失以及第二訊號線在該頻率範圍內的多個第二介入損失，其中第一訊號線與第二訊號線用於傳輸一差動訊號對；以處理器計算在頻率範圍內的該些第一介入損失以及該些第二介入損失之間的多個最大誤差比率；以處理器判斷該些最大誤差比率之中任一個是否大於或等於第一上限閥值；當處理器確定該些最大誤差比率中的一個大於或等於第一上限閥值時，以處理器發出第一警示訊號；當處理器確定該些最大誤差比率均各小於第一上限閥值時，則結束方法；以處理器將該些第一介入損失以及該些第二介入損失轉換為多個混合模態介入損失；以處理器執行線性回歸法，透過線性回歸法將該些混合模態介入損失轉換為多個線性回歸參數；以處理器計算在頻率範圍內的該些混合模態介入損失以及該些線性回歸參數之間的多個誤差；以及以處理器判斷該些誤差之絕對值之中的任一個是否大於或等於第二上限閥值；當該處理器確定該些誤差之絕對值之中的一個大於或等於第二上限閥值時，以該處理器發出第二警示訊號；當處理器確定該些誤差之絕對值均各小於第二上閥值時，則結束方法。

本發明所揭露的檢測差動訊號的方法，利用兩個介入損失之間的最大誤差比率曲線，即可輕易評估量測數據的品質。此外，進一步利用混合模態介入損失與線性回歸參數之間的誤差，可評估整體數據是否有非預期之奇異點。如此的多重驗證方法，可輕易地掌握差異度，以確保即時修正量測數據之錯誤，有效地改善以往必須事後數據分析才能發現錯誤的缺點。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

一般而言，印刷電路板上常用的訊號傳輸線分為兩種，一種為帶狀線(Stripline)，而另一種為微帶線(Microstrip)。由於差動訊號是經由兩條結構設計相同的訊號線來傳輸，因此在理想情況下，兩條傳輸線的介入損失也會相同，本發明係利用此對稱性質做為判斷錯誤數據的理論基礎。

圖1係根據本發明第一實施例所繪示之檢測差動訊號的方法的流程圖，而圖2係根據本發明一實施例所繪示之兩條帶狀線的介入損失以及最大誤差比率的關係圖。共同參閱圖1及圖2，在本實施例中，第一訊號線及第二訊號線為設於印刷電路板的兩條結構相同的帶狀線且用於傳輸差動訊號。在步驟S101中，當第一訊號線及第二訊號線傳送差動訊號時，以一網路分析儀的一處理器擷取第一訊號線在一指定的頻率範圍內的多個第一介入損失(Insertion loss)以及第二訊號線在處理器所指定的頻率範圍內的多個第二介入損失。其中，處理器可例如為中央處理器(CPU)、數位訊號處理器(DSP)、微處理器(MPU)、圖形處理器(GPU)或微控制器(MCU)，而指定的頻率範圍為1Hz~20GHz。具體而言，處理器在多個頻率點進行取樣，使得每一取樣的頻率點皆可擷取到第一訊號線的一個第一介入損失以及第二訊號線的一個第二介入損失。在步驟S102中，以處理器對該些第一介入損失執行移動平均法(Moving average)，以產生多個第一平整化介入損失，而該些第一平整化介入損失構成第一平整化介入損失曲線。同理，以處理器對該些第二介入損失執行移動平均法，以產生多個第二平整化介入損失，而該些第二平整化介入損失構成第二平整化介入損失曲線。藉此，平緩量測數據過多的擾動，且增加數據之可讀性。如圖2所示，在低頻環境下，當頻率越高時，第一訊號線S1的第一平整化介入損失與第二訊號線S2的第二平整化介入損失也越大，而當頻率到達20GHz時，第一訊號線S1的第一平整化介入損失以及第二訊號線S2的第二平整化介入損失各約為-10分貝(dB)。

由於訊號傳輸線的特性是在越高頻時會產生越大的介入損失，因此若指定單一誤差絕對值作為判斷是否為錯誤量測數據之標準，將造成在高頻時可容許的誤差過於嚴苛。為了能在不同頻段給予不同的誤差容許規範，本實施例在步驟S103中，以處理器計算在該指定的頻率範圍內的該些第一平整化介入損失與該些第二平整化介入損失之間的多個最大誤差比率(Maximum error rate)，以各頻率點之最大誤差比率作為判斷錯誤數據之標準。其中，最大誤差比率的公式定義為Max(abs((第一訊號線的介入損失-第二訊號線的介入損失)/第一訊號線的介入損失)), abs((第一訊號線的介入損失-第二訊號線的介入損失)/第二訊號線的介入損失))，其中abs為絕對值運算函數，而Max為最大值運算函數。可以理解的，由於第一訊號線的介入損失以及第二訊號線的介入損失都先經過移動平均法之調整，所以上述最大誤差比率的公式中的第一訊號線的介入損失應為平整化後的介入損失，第二訊號線的介入損失應為平整化後的介入損失。如圖2所示，該些最大誤差比率S3構成關於第一訊號線S1及第二訊號線S2的最大誤差比率曲線，每一頻率點的最大誤差比率S3均小於5%。

在步驟S104中，以處理器判斷該些最大誤差比率之中任一個是否大於或等於處理器所設定的一上限閥值，例如處理器可設定上限閥值為2%，但不以此為限。當處理器確定該些最大誤差比率中的任一個大於或等於該上限閥值時，則接續執行步驟S105。反之，當處理器確定該些最大誤差比率均各小於該上限閥值時，則不接續執行步驟S105而結束方法。

詳言之，當最大誤差比率大於上限閥值時，即表示印刷電路板上的量測環境可能發生錯誤，例如帶狀線與印刷電路板之間的焊點脫落、或者帶狀線的破損。當出現大於或等於上限閥值的最大誤差比率的頻率點的個數越多時，即表示印刷電路板上的量測環境之錯誤越多。反之，當最大誤差比率小於上限閥值時，即表示兩條帶狀線的量測數據之間的偏移率很小，藉此可確認印刷電路板上的量測環境發生錯誤之機率很低。

接續步驟S104，在步驟S105中，以處理器發出警示訊號，警示訊號例如包含聲音訊號以及光訊號，而光訊號具有閃爍頻率，藉此提醒使用者即時修正錯誤的量測環境。

圖3係根據本發明一實施例所繪示之兩條微帶線的介入損失以及最大誤差比率的關係圖。如圖3所示，由於微帶線本身的物理特性，在特定之頻率點 (大約15GHz)將發生共振現象，且在共振頻率點出現大於上限閥值之最大誤差比率。依據第一實施例的差動訊號檢測方法，將認定在共振頻率點時，第一訊號線S1的量測數據及第二訊號線S2的量測數據之間的偏移率超過預設標準。為了進一步分析此偏移率是否為微帶線之合理的物理特性表現，本發明更提供第二實施例的檢測差動訊號的方法對於微帶線之量測數據做多重評估。

圖4係根據本發明第二實施例所繪示之檢測差動訊號的方法的流程圖，而圖5係根據本發明一實施例所繪示的兩條微帶線的混合模態介入損失以及線性回歸參數的關係圖。比較圖4的第二實施例與圖1的第一實施例，其中步驟S201~步驟S205實質相同於步驟S101~步驟S105，而第二實施例更包括步驟S206~步驟S211，且在第二實施例中，第一訊號線及第二訊號線為設於印刷電路板的兩條結構相同的微帶線。在步驟S204中，以處理器判斷該些最大誤差比率之中任一個是否大於或等於處理器所設定之第一上限閥值。若是，則執行步驟S205；若否，則結束方法。在步驟S205中，以處理器發出第一警示訊號，第一警示訊號例如包含聲音訊號以及光訊號，而光訊號具有閃爍頻率，藉此提醒使用者去檢視量測環境。當檢測結果例如為微帶線之共振現象造成最大誤差比率大於第一上限閥值，則在步驟S205之後，接續執行步驟S206。

共同參閱圖4與圖5，在步驟S206中，以處理器將該些第一介入損失以及該些第二介入損失轉換為多個混合模態介入損失S4，混合模態介入損失S4係屬於混合模態散射參數(Mixed mode scattering parameter)。該些混合模態介入損失S4構成關於第一訊號線及第二訊號線的混合模態介入損失曲線，依據差動訊號對的物理特性，混合模態介入損失S4會同時考慮第一訊號線及第二訊號線的平衡性，意即混合模態介入損失曲線不會呈現出共振現象。

為了能解決混合模態介入損失S4在低頻處具有非線性的表現，在步驟S207中，以處理器執行一線性回歸法，透過線性回歸法進行分段區域線性回歸，以將該些混合模態介入損失S4轉換為多個線性回歸參數S5。如圖5所示，該些線性回歸參數S5構成關於第一訊號線及第二訊號線的線性回歸基準線。

線性回歸法（linear regression）是利用線性回歸方程式的最小平方函數對一個或多個自變數和應變數之間關係進行建模的一種回歸分析。這種函數是一個或多個稱為回歸係數的模型參數的線性組合。只有一個自變數的情況稱為簡單回歸，大於一個自變數的情況則稱為多元回歸（multivariate linear regression）。在線性回歸中，數據使用線性預測函數來建模，並且未知的模型參數也是通過數據來估計。這些模型稱為線性模型。最常用的線性回歸建模是給定X值的y的條件均值是X的仿射函數。不太一般的情況，線性回歸模型可以是一個中位數或一些其他的給定X的條件下y的條件分布的分位數作為X的線性函數表示。像所有形式的回歸分析一樣，線性回歸也把焦點放在給定X值的y的條件機率分布，而不是X和y的聯合機率分布。

在步驟S208中，以處理器計算在該指定的頻率範圍內的該些混合模態介入損失S4以及該些線性回歸參數S5之間的多個誤差(deviation)，而該些誤差S6構成關於第一訊號線及第二訊號線的誤差曲線，如圖5所示，每一頻率點之誤差介於-0.5分貝(dB)~0.5分貝(dB)。

在步驟S209中，以處理器判斷該些誤差S6之絕對值之中的任一個是否大於或等於處理器所設定的一第二上限閥值。在本實施例中，第二上限閥值不同於第一上限閥值，例如處理器可設定第二上限閥值為0.2分貝(dB)，但不以此為限。當處理器確定該些誤差S6之絕對值之中的一個大於或等於第二上限閥值時，即表示印刷電路板上的量測環境可能發生錯誤，例如微帶線與印刷電路板之間的焊點脫落或者微帶線之破損，則執行步驟S210。當處理器確定該些誤差S6之絕對值均各小於第二上限閥值時，則結束方法。在步驟S210中，以處理器發出一第二警示訊號，第二警示訊號例如包含聲音訊號以及光訊號，而第二警示訊號的閃爍頻率與第一警示訊號之閃爍頻率不同，藉此提醒使用者即時修正錯誤的量測環境。

圖6係根據本發明另一實施例所繪示的兩條微帶線的混合模態以及誤差絕對值的關係圖。比較圖6與圖5，可知圖6中的混合模態介入損失S4以及線性回歸參數S5之間的誤差S6較大，表示印刷電路板上的量測環境發生之錯誤較多。

綜合以上所述，本發明的檢測差動訊號的方法，利用兩個介入損失之間的最大誤差比率曲線，即可輕易評估量測數據的品質。此外，進一步利用混合模態介入損失與線性回歸參數之間誤差，可評估整體數據是否有非預期之奇異點。如此的多重驗證方法，可輕易地掌握差異度，以確保即時修正量測數據之錯誤，有效地改善以往必須事後數據分析才能發現錯誤的缺點。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

S1:第一訊號線 S2:第二訊號線 S3:最大誤差比率 S4:混合模態介入損失 S5:線性回歸參數 S6:誤差

圖1係根據本發明第一實施例所繪示之檢測差動訊號的方法的流程圖。圖2係根據本發明一實施例所繪示之兩條帶狀線的介入損失以及最大誤差比率的關係圖。圖3係根據本發明一實施例所繪示之兩條微帶線的介入損失以及最大誤差比率的關係圖。圖4係根據本發明第二實施例所繪示之檢測差動訊號的方法的流程圖。圖5係根據本發明一實施例所繪示的兩條微帶線的混合模態介入損失以及線性回歸參數的關係圖。圖6係根據本發明另一實施例所繪示的兩條微帶線的混合模態介入損失以及線性回歸參數的關係圖。

代表圖為步驟流程圖，無標號

Claims

一種檢測差動訊號之方法，包括：以一處理器擷取一第一訊號線在一頻率範圍內的多個第一介入損失以及一第二訊號線在該頻率範圍內的多個第二介入損失，其中該第一訊號線與該第二訊號線用於傳輸一差動訊號對；以一處理器計算在該頻率範圍內的該些第一介入損失與該些第二介入損失之間的多個最大誤差比率，其中每一該些最大誤差比率的公式定義為Max(abs((第一訊號線的介入損失-第二訊號線的介入損失)/第一訊號線的介入損失))，abs((第一訊號線的介入損失-第二訊號線的介入損失)/第二訊號線的介入損失))，其中abs為絕對值運算函數，而Max為最大值運算函數；以該處理器判斷該些最大誤差比率之中任一個是否大於或等於一上限閥值；當該處理器確定該些最大誤差比率中的一個大於或等於該上限閥值時，以該處理器發出一警示訊號；以及當該處理器確定該些最大誤差比率均各小於該上限閥值時，則結束該方法。
如請求項1所述之檢測差動訊號之方法，更包括在以該處理器擷取該第一訊號線的該些第一介入損失以及該第二訊號線的該些第二介入損失之後以及以該處理器計算該些最大誤差比率之前，以該處理器執行一移動平均法，透過該移動平均法平整化該些第一介入損失以及該些第二介入損失。
如請求項1所述之檢測差動訊號之方法，其中該第一訊號線與該第二訊號線設於一印刷電路板，該第一訊號線與該第二訊號線為二個帶狀線。
如請求項1所述之檢測差動訊號之方法，其中該處理器設於一網路分析儀。
一種檢測差動訊號之方法，包括：以一處理器擷取一第一訊號線在一頻率範圍內的多個第一介入損失以及一第二訊號線在該頻率範圍內的多個第二介入損失，其中該第一訊號線與該第二訊號線用於傳輸一差動訊號對；以一處理器計算在該頻率範圍內的該些第一介入損失以及該些第二介入損失之間的多個最大誤差比率；以該處理器判斷該些最大誤差比率之中任一個是否大於或等於一第一上限閥值；當該處理器確定該些最大誤差比率中的一個大於或等於該第一上限閥值時，以該處理器發出一第一警示訊號；當該處理器確定該些最大誤差比率均各小於該第一上限閥值時，則結束該方法；以該處理器將該些第一介入損失以及該些第二介入損失轉換為多個混合模態介入損失；以該處理器執行一線性回歸法，透過該線性回歸法將該些混合模態介入損失轉換為多個線性回歸參數；以該處理器計算在該頻率範圍內的該些混合模態介入損失以及該些線性回歸參數之間的多個誤差；以及以該處理器判斷該些誤差之絕對值之中的任一個是否大於或等於一第二上限閥值；當該處理器確定該些誤差之絕對值之中的一個大於或等於該第二上限閥值時，以該處理器發出一第二警示訊號；當該處理器確定該些誤差之絕對值均各小於該第二上閥值時，則結束該方法。
如請求項5所述之檢測差動訊號之方法，更包括在以該處理器擷取該第一訊號線的該些第一介入損失以及該第二訊號線的該些第二介入損失之後以及以該處理器計算該些最大誤差比率之前，以該處理器執行一移動平均法，透過該移動平均法平整化該些第一介入損失以及該些第二介入損失。
如請求項5所述之檢測差動訊號之方法，其中該最大誤差比率的公式定義為Max(abs((第一訊號線的介入損失-第二訊號線的介入損失)/第一訊號線的介入損失))，abs((第一訊號線的介入損失-第二訊號線的介入損失)/第二訊號線的介入損失))，其中abs為絕對值運算函數，而Max為最大值運算函數。
如請求項5所述之檢測差動訊號之方法，其中該第一訊號線與該第二訊號線設於一印刷電路板，該第一訊號線與該第二訊號線為二個微帶線。
如請求項5所述之檢測差動訊號之方法，其中該處理器設於一網路分析儀。