胡為東系列文章之十二--參數測量中針對夾具或探頭

對于相當多的被測試產品，如接插件、使用插槽的電路板等都需要使用專門的夾具才能進行S 參數測試，這是因為這些被測件的接口通常是非SMA 或者BNC 等通用接口類型的，而S 參數測試儀器如SPARQ、VNA 等儀器的連接接口通常都是SMA 或者BNC 等標準類型的，因此被測件和測試儀器的連接需要輔助夾具。如下圖1 所示為一些需要夾具才能夠進行S 參數測試的被測件（左下腳圖片為Teledyne LeCroy（力科）的信號完整性S 參數測試儀）：

下圖2 所示為使用一個夾具進行接插件測試的示意圖：

夾具的使用一定會給被測件的S 參數測試結果帶來影響。如果相對于被測件DUT 本身來說，夾具的影響非常小，則可以忽略，或者若是將整個系統(tǒng)（包括被測件DUT 和夾具）一起進行考慮，需要的是S 參數和被測件DUT 的整體性能，那么夾具的影響也是可以不用考慮的。但是如果夾具的損耗和被測件DUT 的損耗相當，那么夾具的影響往往是不可忽略的，這時候我們就需要考慮使用一些辦法來消除夾具給測試帶來的影響。

二、現(xiàn)有的夾具去嵌方法及不足之處
當前針對S 參數測量中夾具的去嵌主要有如下幾種方法：
1、基于夾具的S 參數的去嵌方法
該方法使用起來非常方便，只要將夾具的S 參數帶入到測試儀器校準分析軟件中即可實現(xiàn)對夾具的去嵌，但是一個夾具的S 參數往往并不容易得到，如測試時用到的探頭，S 參數不僅很難得到，而且即使探頭廠家有提供探頭的S 參數，在實際測試中也往往會因為連接方式，點觸方向等導致探頭S 參數發(fā)生變化，也會影響到測試結果的精確性。

2、TRL 校準方式
TRL（Through/Reflect/Line）校準方式也是目前業(yè)內用得比較普遍的一個校準方法，適合于校準比較復雜的傳輸線結構的夾具。TRL 夾具需要測試人員提前設計精確的包括Through（直通）、Reflect（反射）、Line（線）的夾具，TRL 夾具必須要和實際應用單板的各項參數相一致，比如印制電路板的疊層、各疊層的厚度、所用材料的介電常數、傳輸線的阻抗控制、線寬等等。而這對于兩個可能是不同時候設計和生產的不同單板來說，控制得非常一致是比較困難的。此外，夾具上的連接器磨損也會影響到校準結果。

3、OSLT 校準
OSLT（Open/Short/Load/Through）校準方法是標準的校準方法，S 參數測試儀器通常會標配有該方法，OSLT 校準方法的缺點是需要一整套標準的校準件，它的接口也通常是SMA或者是BNC 接口的，而且它需要夾具的末端接口（夾具與被測件DUT 相連接的接口）類型也是SMA 或者BNC 的，而絕大部分測試夾具都不具備這樣的要求，如果設計嵌入式的OSLT 用于校準，除了存在和TRL 校準類似的問題外，還會存在其它潛在的誤差源，如將Short，Open 視為理想情形，將Load 視為非頻率相關的。

4、
是在Teledyne LeCroy（力科）的信號完整性S 參數分析儀SPARQ 中和OSLT 相同的一種方法。

5、時域Gating 校準（Time Domain Gating）
時域Gating 校準方法是Teledyne LeCroy（力科）用于SPARQ 中的一種最新的校準技術，也是力科最新的一項專利技術。該方法能夠減少上述校準方法所存在的缺點，而且具有操作方便的優(yōu)點，也非常適合于使用探頭進行S 參數測試時對探頭的校準。

另外，使用基于S 參數的校準方法、TRL 校準方法、OSLT 校準方法、方法對探頭的去嵌也是S 參數測試中的另外一個難點，因為探頭模型難以在PCB 板上模擬出來。下圖3 所示的Gigaprobes 是S 參數測試中常用的探頭：

三、應用于力科SPARQ 中的新一代時域“Gating”去嵌方法
下圖4 所示為S 參數測試儀器通過夾具對被測件DUT 進行測試的一般拓撲結構。

從上圖4 可見，對于一個具有P 個端口的被測件DUT，將需要2P 個端口的夾具，其中P 個端口與測試儀器的P 個端口相連接，另外P 個端口與被測件DUT 相連接。如果知道具有2P 個端口的夾具的S 參數，那么對夾具的去嵌將變得非常容易。如Teledyne LeCroy（力科）公司的信號完整性S 參數分析儀中就集成了基于S 參數的夾具去嵌方法。如下圖5 所示，只要將夾具所對應的：*.snp 的S 參數文件帶入到圖5 的界面設置中即可實現(xiàn)對于夾具的去嵌。但是正如前文所述，獲取夾具的S 參數是關鍵。