探頭對(duì)阻抗測(cè)試一定有影響？不信來(lái)看
發(fā)布時(shí)間：2021-07-26 10:48
作者：一博科技高速先生自媒體成員 周偉
為什么阻抗測(cè)試范圍不能是整個(gè)線路段而是30%（50%）~70%段呢？上次雷豹的這個(gè)疑問(wèn)不好意思直接問(wèn)師傅，但他也沒(méi)有停下找尋答案的腳步，既然師傅不好問(wèn)，還可以問(wèn)旁邊的師兄飛哥嘛！于是他又厚著臉皮問(wèn)起了師兄。
師兄飛哥倒是爽快，開(kāi)始耐心地給雷豹普及起阻抗測(cè)試的基礎(chǔ)性知識(shí)：“小雷，這個(gè)問(wèn)題我之前也問(wèn)過(guò)師傅，現(xiàn)在還有點(diǎn)印象，正好給你說(shuō)說(shuō)加強(qiáng)一下，有些遺漏什么的你到時(shí)候再去查資料吧。阻抗測(cè)試一般是PCB板廠作為出廠時(shí)的一個(gè)產(chǎn)品驗(yàn)證指標(biāo)，因?yàn)樯婕暗蕉嗯蔚臄?shù)據(jù)，所以對(duì)于結(jié)果的重復(fù)性及準(zhǔn)確性來(lái)說(shuō)就比較關(guān)鍵，又因?yàn)樗歉鶕?jù)時(shí)間和長(zhǎng)度反射回來(lái)的一條曲線，沒(méi)法在某點(diǎn)固定取值讀數(shù)，所以這個(gè)結(jié)果又取決于取值區(qū)間，一般要求這個(gè)取值區(qū)間阻抗盡量平穩(wěn)，這樣才能反映線路真實(shí)的阻抗值，你現(xiàn)在知道為什么不能看整個(gè)曲線段的結(jié)果了吧?！?/p>
雷豹若有所悟，忙不迭的答道：“阻抗區(qū)間平穩(wěn)的地方應(yīng)該是線路中間段，因?yàn)榍岸耸翘筋^與板子接觸，板子如果是Coupon條那么接觸點(diǎn)就是過(guò)孔，如果是測(cè)試板內(nèi)的線路，那么一般接觸點(diǎn)就是焊盤(pán)等，這個(gè)接觸點(diǎn)不可避免會(huì)造成阻抗不連續(xù)，而末端一般是開(kāi)路，我們都知道開(kāi)路阻抗無(wú)窮大，所以看到的阻抗曲線是近似垂直向上的，這個(gè)開(kāi)路阻抗對(duì)末端線路的阻抗也會(huì)有抬升影響，為了讓測(cè)試結(jié)果更接近實(shí)際，阻抗按照線路的30%（50%）~70%段進(jìn)行取值就顯得比較科學(xué)了，是這樣嗎？”
“不錯(cuò)，你剛剛其實(shí)還提到了一個(gè)很關(guān)鍵的影響，那就是探頭，不同的探頭對(duì)前端阻抗的影響非常大，這個(gè)可能還會(huì)影響整個(gè)線路段的阻抗，我們接著來(lái)討論下不同探頭所測(cè)試的結(jié)果差異?！睅熜诛w哥補(bǔ)充道，默默的喝了口水潤(rùn)了潤(rùn)嗓子，繼續(xù)給雷豹普及起來(lái)。 “我們常規(guī)的探頭一般是手持式探頭，這種探頭呈現(xiàn)的是感性，往往接口地片越長(zhǎng)（地針離信號(hào)針越遠(yuǎn)），感性越大，和待測(cè)物接觸時(shí)的阻抗也就越高，下面是一些常見(jiàn)的手持式探頭。
圖1、常見(jiàn)的手持式探頭
這些探頭測(cè)試的結(jié)果容易受地針到信號(hào)針的環(huán)路長(zhǎng)度影響（又叫地環(huán)），如下圖2所示。
圖2、 探頭地環(huán)的影響
拿我們自己手上的單端探頭去測(cè)試阻抗，當(dāng)?shù)蒯樂(lè)挪煌奈恢脮r(shí)，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(xù)到30%的區(qū)間，同時(shí)對(duì)整個(gè)阻抗也會(huì)有一些影響，所以我們?cè)谌≈档臅r(shí)候要取阻抗波動(dòng)比較平穩(wěn)的區(qū)間也是有道理的，如果探頭的接地環(huán)路更大，則會(huì)影響超過(guò)30%的區(qū)間，所以后面才又出來(lái)50%~70%的取值區(qū)間，至今還是被絕大多數(shù)板廠采用。
圖3、實(shí)際手持探頭的阻抗測(cè)試結(jié)果
除了手持式的感性探頭，很多客戶(hù)端會(huì)采用SMA頭來(lái)直接進(jìn)行測(cè)量，我們常用的SMA探頭如下圖4所示。
圖4、常見(jiàn)高頻SMA頭
上面都是高頻SMA頭，可以應(yīng)用在不同的場(chǎng)合，編號(hào)1和2的SMA頭需要焊接，后面兩種采用螺絲固定，可以重復(fù)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(dǎo)致阻抗也是有差異，一般編號(hào)1的SMA探頭焊接完多數(shù)呈現(xiàn)容性，后面幾種看設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)化的好壞情況呈現(xiàn)不同的阻抗值。曾經(jīng)我們有個(gè)客戶(hù)就是用這種編號(hào)1的SMA頭導(dǎo)致測(cè)試阻抗和板廠出廠時(shí)的阻抗偏差很大，一度懷疑制板有問(wèn)題，請(qǐng)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(cè)試結(jié)果
同樣的線路板廠使用手持式探頭測(cè)試的結(jié)果如下圖6所示。
圖6、手持式探頭測(cè)試結(jié)果
當(dāng)然不管是SMA探頭還是手持式的探頭，直接點(diǎn)測(cè)對(duì)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(lái)的影響，缺點(diǎn)就是測(cè)試點(diǎn)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(duì)不是很方便，還有個(gè)最主要的缺點(diǎn)就是價(jià)格非常貴，非財(cái)大氣粗的老板們還是悄悄繞道避開(kāi)算了，反正我還沒(méi)有用過(guò)，但不得不說(shuō)下面這種探頭測(cè)試出來(lái)的結(jié)果和SMA探頭的結(jié)果對(duì)比還是比較理想的，如下圖7所示。
圖7、微探頭測(cè)試結(jié)果
就算沒(méi)有這種微探頭，照樣不會(huì)影響我們對(duì)阻抗進(jìn)行良好的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，尤其是現(xiàn)在我們使用了可拆卸的高頻SMA頭，在經(jīng)歷了多次測(cè)試板的優(yōu)化后，我們現(xiàn)在的高頻SMA探頭與板子接觸點(diǎn)處的阻抗已經(jīng)可以完全匹配了，下圖8是我們分別用圖4中的SMA編號(hào)3和編號(hào)4進(jìn)行測(cè)試的夾具板阻抗，可以看到前端探頭處阻抗基本沒(méi)有什么波動(dòng)，這個(gè)才是TRL去嵌測(cè)試板或夾具板最關(guān)鍵的技術(shù)，也是直接反映夾具性能的特征，因?yàn)楝F(xiàn)在大部分高速信號(hào)夾具接口都是使用的高頻SMA頭，而這個(gè)SMA頭和PCB板接觸點(diǎn)的阻抗（我們又叫Launch阻抗）才是最關(guān)鍵的因素，往往我們大部分工作都是在優(yōu)化這個(gè)接觸點(diǎn)的阻抗。”
圖8、優(yōu)化好的SMA頭阻抗測(cè)試結(jié)果
沒(méi)想到之前看起來(lái)很簡(jiǎn)單的阻抗測(cè)試，原來(lái)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(lái)自己以后該學(xué)的還有很多，騷年，繼續(xù)努力吧！
