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      探頭對阻抗測試一定有影響?不信來看

      來源:一博自媒體 時間:2021-7-26 類別:微信自媒體

      公眾號:高速先生
      作者:周偉

      為什么阻抗測試范圍不能是整個線路段而是30%(50%)~70%段呢?上次雷豹的這個疑問不好意思直接問師傅,但他也沒有停下找尋答案的腳步,既然師傅不好問,還可以問旁邊的師兄飛哥嘛!于是他又厚著臉皮問起了師兄。

      師兄飛哥倒是爽快,開始耐心地給雷豹普及起阻抗測試的基礎性知識:“小雷,這個問題我之前也問過師傅,現在還有點印象,正好給你說說加強一下,有些遺漏什么的你到時候再去查資料吧。阻抗測試一般是PCB板廠作為出廠時的一個產品驗證指標,因為涉及到多批次的數據,所以對于結果的重復性及準確性來說就比較關鍵,又因為它是根據時間和長度反射回來的一條曲線,沒法在某點固定取值讀數,所以這個結果又取決于取值區間,一般要求這個取值區間阻抗盡量平穩,這樣才能反映線路真實的阻抗值,你現在知道為什么不能看整個曲線段的結果了吧?!?br />
      雷豹若有所悟,忙不迭的答道:“阻抗區間平穩的地方應該是線路中間段,因為前端是探頭與板子接觸,板子如果是Coupon條那么接觸點就是過孔,如果是測試板內的線路,那么一般接觸點就是焊盤等,這個接觸點不可避免會造成阻抗不連續,而末端一般是開路,我們都知道開路阻抗無窮大,所以看到的阻抗曲線是近似垂直向上的,這個開路阻抗對末端線路的阻抗也會有抬升影響,為了讓測試結果更接近實際,阻抗按照線路的30%(50%)~70%段進行取值就顯得比較科學了,是這樣嗎?”

        “不錯,你剛剛其實還提到了一個很關鍵的影響,那就是探頭,不同的探頭對前端阻抗的影響非常大,這個可能還會影響整個線路段的阻抗,我們接著來討論下不同探頭所測試的結果差異?!睅熜诛w哥補充道,默默的喝了口水潤了潤嗓子,繼續給雷豹普及起來。
      “我們常規的探頭一般是手持式探頭,這種探頭呈現的是感性,往往接口地片越長(地針離信號針越遠),感性越大,和待測物接觸時的阻抗也就越高,下面是一些常見的手持式探頭。

      圖1、常見的手持式探頭

      這些探頭測試的結果容易受地針到信號針的環路長度影響(又叫地環),如下圖2所示。
      圖2、 探頭地環的影響

      拿我們自己手上的單端探頭去測試阻抗,當地針放不同的位置時,可以看到如下圖3所示前端的阻抗差異比較大,探頭的影響持續到30%的區間,同時對整個阻抗也會有一些影響,所以我們在取值的時候要取阻抗波動比較平穩的區間也是有道理的,如果探頭的接地環路更大,則會影響超過30%的區間,所以后面才又出來50%~70%的取值區間,至今還是被絕大多數板廠采用。
      圖3、實際手持探頭的阻抗測試結果

      除了手持式的感性探頭,很多客戶端會采用SMA頭來直接進行測量,我們常用的SMA探頭如下圖4所示。
       圖4、常見高頻SMA頭

      上面都是高頻SMA頭,可以應用在不同的場合,編號1和2的SMA頭需要焊接,后面兩種采用螺絲固定,可以重復多次使用。我們都知道焊接都是需要用錫,不同的人或者工藝焊接的性能也是有差異,錫保留多少最終導致阻抗也是有差異,一般編號1的SMA探頭焊接完多數呈現容性,后面幾種看設計時優化的好壞情況呈現不同的阻抗值。曾經我們有個客戶就是用這種編號1的SMA頭導致測試阻抗和板廠出廠時的阻抗偏差很大,一度懷疑制板有問題,請看下面的圖5所示,前端的阻抗低到懷疑人生有木有?
      圖5、SMA頭測試結果

      同樣的線路板廠使用手持式探頭測試的結果如下圖6所示。
      圖6、手持式探頭測試結果

      當然不管是SMA探頭還是手持式的探頭,直接點測對前端的阻抗影響還是比較大,所以市面上還有精度比較高的微探頭,這種探頭可以極大的減小感性及容性帶來的影響,缺點就是測試點需要有一定的間距要求(固定Pitch),由于探頭很小有些甚至需要在顯微鏡下操作,使用相對不是很方便,還有個最主要的缺點就是價格非常貴,非財大氣粗的老板們還是悄悄繞道避開算了,反正我還沒有用過,但不得不說下面這種探頭測試出來的結果和SMA探頭的結果對比還是比較理想的,如下圖7所示。
      圖7、微探頭測試結果

      就算沒有這種微探頭,照樣不會影響我們對阻抗進行良好的設計和優化,尤其是現在我們使用了可拆卸的高頻SMA頭,在經歷了多次測試板的優化后,我們現在的高頻SMA探頭與板子接觸點處的阻抗已經可以完全匹配了,下圖8是我們分別用圖4中的SMA編號3和編號4進行測試的夾具板阻抗,可以看到前端探頭處阻抗基本沒有什么波動,這個才是TRL去嵌測試板或夾具板最關鍵的技術,也是直接反映夾具性能的特征,因為現在大部分高速信號夾具接口都是使用的高頻SMA頭,而這個SMA頭和PCB板接觸點的阻抗(我們又叫Launch阻抗)才是最關鍵的因素,往往我們大部分工作都是在優化這個接觸點的阻抗?!?br />
      圖8、優化好的SMA頭阻抗測試結果

      沒想到之前看起來很簡單的阻抗測試,原來還有這么深的水,雷豹又被師兄剛才的講解深深的折服了,陷入暗暗的沉思,看來自己以后該學的還有很多,騷年,繼續努力吧!


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