Agilent TDR Webinar May2014

Size: px

Start display at page:

Download "Agilent TDR Webinar May2014"

萼幽羿
4 years ago
Views:

1 探讨 TDR/ TDT 测量技术的突破新进展 Huang Teng Keysight OPD BDM

2 议程关于高速数字技术发展和市场概述快速回顾 - 什么是 TDR/ TDT? TDR 测量系统要求及突破时间 / 空间 (TDR) 分辨率探讨阶跃的偏差 TDR 阶跃必须注意的事项 : 基线, 振幅和定时漂移 S 参数测量 VNA vs TDR 总结及问答 2

3 目标清楚了解为获得更精确和重复的阻抗和 S 参数结果所必须的 TDR 系统关键参数 3

4 日益提高的数据速率... 带来新的设计挑战随着数据速率增加 : 设计余量将逐渐减少 : 由于通道 / 互连损耗和反射会直接增加符号间的干扰 (ISI) 设计走向并行 / 多通道架构增加串扰上的担忧工程师必须使用采样示波器或网络分析仪基于 TDR/ TDT 解决方案对信号完整性的问题进行验证和检定 4

5 有哪些部件必须通过测量? 为了优化系统的误码率性能, 所有电路元件必须遵守阻抗和带宽要求发送器通道接收器集成电路 / 封装连接器电缆印刷电路板互联 5 5

6 高速数字应用 Standard Data Rates Gb/s IEEE 802.3ap, 10 G Backplane Link Type IEEE 802.3ba, 40 G 4 x Chip-to-chip, backplane, copper cable IEEE 802.3ba, 100 G 10 x Chip-to-module IEEE 802.3ba, 100 G 4 x Chip-to-chip, chip-to-module, cable IEEE 802.3bj, 100 G 4 x Backplane OIF CEI 25G-LR N x Chip-to-module, backplane OIF CEI 28G-SR N x Chip-to-chip OIF CEI 28G-VSR N x Host and module PCB traces Fibre Channel PI Cable, host and module PCB trace InfiniBand EDR 10 x x x 25 Cable, host PCB trace SFF x 10 Host PCB traces 注 - 表中未显示的其他标准, 如 PCI Express,USB,SATA/ SAS,HDMI 接口, 也必须使用 TDR 对于标准 10G 以上的速率, 边缘速度通常为 0.25* 位周期 6

7 例子 - OIF-CEI 3.1 条文 14: CEI-28G-MR Medium Reach Interface 阻抗和 S 参数要求 7

8 TDR 概述 - 什么是 TDR? 时域反射计 (TDR) 1. 发送快速阶跃进入被测物 2. 查看被测物反射回来的结果测量例子 : 阻抗 - 定位每个阻抗不连续的位置和性质传输延迟 / 延时过量的电抗 ( 容抗或感抗 ) TDR( 阻抗廓线 ) FFT S 参数 ( 回波损耗 ) 1. 参考平面 2. 连接器接触点 3. 非耦合 TX 线 4. 耦合的差分 TX 线 5. 连接器 6. 开路 8

9 TDT 概述 - 什么是 TDT? 时域传输 (TDT) 1. 发送快速阶跃进入被测物 2. 查看阶跃传输通过被测物的结果测量例子 : 阶跃响应传输延迟 / 延时传输速度上升沿劣化近端串扰 (NEXT) 远端串扰 (FEXT) 时间偏差 FFT TDT( 阶跃响应 ) S 参数 ( 插入损耗 ) 9

10 我需要多高的 TDR 性能去标定我的被测物? 由应用标准规定的关键仪器参数 : 阻抗测量标准通常定义 TDR 边沿速度的要求 ( 典型值 20-80%) S 参数测量通过带宽和损耗要求来定义行业标准例 : IPC 服务印刷电路板和电子行业协会定义测量系统的要求, 测试方法例子 : IPC-TM-650 IPC Test Methods Manual ( 只是咨询, 使用或改编完全是自愿的. ) 10

11 TDR - 测量系统需求 IPC-TM-650 提及几项 TDR 系统决定测量的精度和可重复性关键属性, 其中包括 : 1. 时间 / 空间 (TDR) 分辨率要解析两个邻近的阻抗不连续性的能力取决于系统带宽,TDR 边沿速度, 介质材料 IPC TM a Figure 4-2 IPC TM a Figure 阶跃的偏差振铃, 过冲, 下冲, 沉降引述测量误差 ( 注 - 尤其是差分测量时的正和副阶跃不匹配 ) 3. TDR 阶跃 : 基线, 振幅和定时漂移 TDR 阶跃发生器和采样器会受时间和温度漂移的影响阶跃脉冲恒定的基准电压和时间参数即上升沿对重复性有重大的影响例如 : 多通道测量时, 漂移会导致不同通道间产生时间偏差最终导致测量误差 11

12 1. 时间 / 空间 (TDR) 分辨率 TDR 的分辨率由下面两个因素确定 : 1. TDR 系统边沿速度例子 : Trise 系统 = 8 ps (10-90%) 注 - 系统的上升沿 Tr 不同于 Trise 因为 Trise 仅根据示波器的带宽计算例如 : 带宽 = 50 GHz; 带宽 = 0.35/tr Trise = 0.35 / 50GHz = 7 ps D min = Ɛ = dielectric constant of the transmission system c = speed of light in a vacuum. 2. 传输介质的介电常数例子 : 4.0 ( 印刷电路板 ) TDR 分辨率 : D min = [3E8 * 8E-12] / [2*SQRT(4)] = 0.6 mm 资料来源 : 根据 IPC-TM-650 TDR 分辨率为 FR4 微带 (VP» 米 / 秒 ) 12

选择 TDR 分辨率时所要注意的事项产品规格 ( 带宽和 TDR 边沿速度 ) 的数据手册并没有告诉完整的故事.

GHz 远端探头专为优化 TDR 分辨率多达 16 个通道单端和差分激励功能 ( 真实模式 ) 选择阳头或阴头连接器 -

13 选择 TDR 分辨率时所要注意的事项产品规格 ( 带宽和 TDR 边沿速度 ) 的数据手册并没有告诉完整的故事... 如果采用适配器和 / 或电缆连接到被测物或探头性能将迅速降低目标 : 1. TDR 阶跃产生器尽可能越接近被测物越好 2. 如果适配器 / 电缆是必需的, 那就必须通过校准把它在测量中排斥掉是德科技 N1055A TDR/TDT 35/50 GHz 远端探头专为优化 TDR 分辨率多达 16 个通道单端和差分激励功能 ( 真实模式 ) 选择阳头或阴头连接器 - 避免适配器所有 RF 电路直接位于连接器后面 - 尽量少用电缆例如 : 用于 Avago28 Gbps SerDes 测试夹具业界最小的远端探头可直接连接到远端探头或 TDR 探头例如 :50 GHz 差分探头 TechnoProbe 提供 13

14 突破 TDR 分辨率 - 案例分析 25 GHz 的带通滤波器 1 DUT N1055A 35/50 GHz TDR/TDT: 业界最快的 TDR 边沿速度以 8 ps ( 经校准 ) 直接发送到被测物带宽 : 50 GHz sub-1mm TDR 分辨率放大 ~ 1 mm 阻抗简介 3 ( 锥形区域显示阻抗增加 )

15 我该如何选择合适的 TDR 边沿速度? 依据您的应用来选择合适的解决方案 : 太快 : 您会看到更多不连续阻抗出现在测量结果, 但它并不会影响您所设计的实际信号 ( 你会浪费更多时间在处理一些无谓的事情 ) 太慢 : 阻抗不连续被屏蔽 500ps 200ps 100ps 25ps 选择你的 TDR 边沿速度 : 1. 充分表征的经验法则 : 建议使用 TDR 边沿速度比您所设计的上升时间快两倍 ( 例如 :28 Gbps, 使用 10 ps) 2. 一致性测试 : 使用标准规定的 20%-80% 上升沿时间作为 TDR 边沿速度. 15

执行 TDR 校准 *( 非强制性 ; 性能将因供应商而异 ) 排除 TDR 系统阶跃的不完善, 并且包括去除适配器, 电缆和夹具的影响优化 TDR 差分阶跃的匹配从而减少测量误差启动控制 TDR

16 2. 阶跃的偏差 - 试图减至最小 1. 首先确保 TDR 硬件的高性能 ( 原始性能 ) 控制和降低振铃, 过冲, 下冲, 沉降高速 TDR 边沿速度会产生固有的偏差, 采用 TDR 校准将有助于减少及改善偏差所引发的问题 2. 执行 TDR 校准 *( 非强制性 ; 性能将因供应商而异 ) 排除 TDR 系统阶跃的不完善, 并且包括去除适配器, 电缆和夹具的影响优化 TDR 差分阶跃的匹配从而减少测量误差启动控制 TDR 边沿速度在符合标准的测量范围内自动通道相差校正 IPC TM a Figure 4-2 开始使用干净的 TDR 阶跃 ( 未校准 ) 减少及改善偏差, 由于夹具的损耗 ( 校准 ) Image of Uncalibrated Step TDR 校准 Image of Calibrated Step TDR 边沿 10-90% * 注 - TDR 校准不单只是基本的模块 / 垂直校准或温度修正而已 16

直通 ) 至基准平面每种机械标准将有效提高校准精度 ( 有些厂商只使用一种标准 )

参照国际标准 ) 校准从直流至 67 GHz 最大限度地减少连接和扭矩误差例如 :

17 TDR 校准方法 ( 供应商特定功能 ) a. 机械校准套件 ( 参照国际标准 ) 连接 SLT 或 SOLT( 短路, 开路, 负载, 直通 ) 至基准平面每种机械标准将有效提高校准精度 ( 有些厂商只使用一种标准 ) 例如 : 执行 4 端口 SOLT 校准须要 18 步骤是德 N4694A-HXX 电子校准模块, 直流 - 67 GHz N1055A TDR 远端探头 b. TDR 电子校准 (ECal) 仅限于是德科技 TDR 含有高达 7 项电子状态 ( 参照国际标准 ) 校准从直流至 67 GHz 最大限度地减少连接和扭矩误差例如 : 执行 4 端口 SOLT 校准只须 3 个步骤 N1055A - TDR 校准的好处操作简单的 TDR 校准向导可使用在机械标准或电子校准上 Image of Calibrated Step 校准步骤 - 实时显示所有结果 ps 100 ps ps 25 ps 可调节的上升时间自动相差校正 TDR 通道 17

18 3. TDR 基线, 振幅和定时漂移阶跃发生器和采样器会受时间和温度漂移的影响漂移会引起精度和可重复性的问题例如 : 由于所有通道不会同时发动从而引入差分对间的时间偏差 TDR 模块基线 -- 基线漂移幅度漂移定时漂移 - 避免将 TDR 系统放置在在空调通风口下! - IPC-TM-650 建议使用现场校准, 以减低这些影响 N1055A 采用了先进的温度补偿硬件和软件 : 1. 进行 TDR 校准期间将校准, 测量和存储 TDR 基线阶跃性能 2. 实时 : 测量每个阶跃, 确定自校准之后的变化, 然后修正测量结果确保提供非常稳定的阶跃幅度和定时参数为工程师带来最佳的不随时间和温度而改变的 TDR/TDT 精度 18

19 TDR/ TDT 和 S 参数端口 1 端口 3 四端口单端设备 ( 或 2 端口差分 ) 端口 2 端口 4 回波损耗或 TDR 插入损耗或 TDT 近端串扰 (NEXT) 远端串扰 (FEXT) FFT IFFT 频域参数时域参数注 - 最大的 S 参数频率由 TDR 边沿速度来决定拥有高速边沿的阶跃具有较高的频率成分, 这使 S 参数测试更高的频率 DCA HIT Training 2014 Agilent Restricted 19

20 同时采用 TDR/ TDT 和 S 参数分析提供了极强大的洞悉能力端口 1 端口 3 四端口单端设备端口 2 端口 4 ( 或 2 端口差分 ) TDR Z profile TDT Step Response S11 Return Loss S21 Insertion Loss TDR 和 S21 是最直观的, 精辟的 20

21 结合 TDR/ TDT 和 S 参数 - 案例分析还记得 25 GHz 的带通滤波器的例子吗? 现在有更多的角度来进行深入观察! N1055A 远端探头被测物 N1055A 35/50 GHz TDR/TDT 提供 : 实时的校准阻抗和 S 参数结果, 高达 16 个 50 GHz 通道在单个用户界面中显示快速表征, 故障诊断和串扰 (NEXT/ FEXT) 的测量阻抗廓线 3 ( 锥形区域显示阻抗增加 ) S 参数 S11 S (< 1mm) 带通区 21

22 阻抗和 S 参数同时观察阻抗和 S 参数测量结果将更简单及更快发现问题所在标准往往都要求两域的测量是德 86100D DCA-X FlexDCA TDR 软件 : 选择所需的测量项目, 软件将自动排列激励端和接收端的响应来同时显示所有的阻抗和 S 参数结果设置变得更容易阻抗测量 S 参数测量 ( 并带相位和群时延图 ) 校准的结果将实时显示在一个用户界面上 22

TDR/ TDT 相比网络分析仪 (NA) PNA 提供了最高性能的 S 参数测量 PNA 是 S 参数测量的黄金标准优异的动态范围 VS TDR( 来自任何供应商 ) 源于窄带接收机的设计原理 ( 扫频源 ) 高动态范围对低水平的串扰特别重要, 但超低灵敏度通常对数字设计是不必要的射频 / 微波工程师首选基于示波器的 TDR/

23 TDR/ TDT 相比网络分析仪 (NA) PNA 提供了最高性能的 S 参数测量 PNA 是 S 参数测量的黄金标准优异的动态范围 VS TDR( 来自任何供应商 ) 源于窄带接收机的设计原理 ( 扫频源 ) 高动态范围对低水平的串扰特别重要, 但超低灵敏度通常对数字设计是不必要的射频 / 微波工程师首选基于示波器的 TDR/ TDT 非常直观和易于使用都是许多数字设计工程师的首选可用于快速调试及故障定位分析测量低达直流 ( 相比与 10MHz 或 300MHz) 动态范围将随着频率或带宽增高逐渐减小用于示波器, 眼图 / 模板测量, 抖动测量通常比具有相似带宽的 NA 更便宜相得益彰 ( 两者都有优势 ) 大多数 SI 实验室都会拥有这两种解决方案 23

24 总结 - 在 TDR/ TDT 测量技术的突破为了获得最佳的精度和重复性 : 1. 时间 / 空间 (TDR) 分辨率 TDR 的分辨率由 TDR 阶跃速度, 系统带宽, 以及介电常数确定业内最快的 TDR 边沿速度快至 8 pstdr 阶跃,50 GHz 带宽, 提供最佳分辨率 D min = IPC TM a Figure D DCA-X with N1055A TDR/TDT 模块高达 16 TDR/TDT 通道,50 GHz 带宽 - 单端和差分器件测试 ( 真实模式激励 ) 选择阳头或阴头连接器避免适配器和额外的电缆业界最小的远端探头 (10 毫米间距 ) 保持边沿速度和远端探头可直接连接到被测物或 TDR 探头 24

25 总结 - 在 TDR/ TDT 测量技术的突破为了获得最佳的精度和重复性 : 2. 减少阶跃的偏差如果偏差包含在您的测量结果将会导致准确度的下降 TDR 校准 - 方便, 准确 - 去除 TDR 系统阶跃的偏差和适配器, 电缆及夹具所造成的影响 - 优化 TDR 差分阶跃的相配, 减少误差 IPC TM a Figure ps 100 ps ps 25 ps 可调节的上升时间 - 根据不同标准的边沿速率是德 N4694A-HXX 电子校准模块, 直流 - 67 GHz 支持 : - 参照校准标准 - 准确, 快速和容易 - 附有自动相差校正 25

26 总结 - 在 TDR/ TDT 测量技术的突破为了获得最佳的精度和重复性 : 3. TDR 基线, 振幅和定时漂移阶跃发生器和采样器会受时间和温度漂移的影响而导致精度和可重复性的问题 N1055A 拥用有先进的温度补偿硬件和软件 - 提供非常稳定的阶跃幅度和定时 - 最佳的 TDR/TDT 精度并不随时间和温度而改变阶跃发生器和采样器漂移相位稳定的远端探头只携带低速中频 - > 对电缆摇动所造成的影响将减低 N1055A 远端探头先进的远端探头设计 - 高速射频组件 ( 阶跃发生器, 采样器 ) 在连接器之后, 这有助于保持最高的信号保真度 - 内置 67 GHz 的二极管限幅器有效地提高 ESD 防护性能 - 随机抖动 (RJ) < 100 fs rms ( 适于示波器常规使用功能, 眼图 / 模板测量, 抖动测量结合精密时基,86107A 或 86100D-PTB) 26

配合插入损耗测量对调试及故障定位有极大的帮助更容易和更快获得的测量结果 -> 自动排列激励和接收端的采样结果示例 -

27 总结 - 在 TDR/ TDT 测量技术的突破针对快速调试及故障定位分析一个完全集成 35/50 GHz TDR/TDT/S 参数测量系统, 可提供多达 16 个通道进行实时校准阻抗和 S 参数分析大多数标准往往都要求两域的测量 TDR 配合插入损耗测量对调试及故障定位有极大的帮助更容易和更快获得的测量结果 -> 自动排列激励和接收端的采样结果示例 - 在同一时间观察并保存所有 16 组 S 参数 (4 端口设备 ), 而无需手动控制阶跃开关阻抗测量 S 参数测量 ( 并带相位和群时延图 ) 校准的结果将实时显示在一个用户界面上 27

28 欲了解更多信息, 请访问 : 28

Electrical and Optical Clock Data Recovery Solutions - Data Sheet

Electrical and Optical Clock Data Recovery Solutions - Data Sheet 32 GBd N1076A 32 GBd N1077A / 64 GBd N1076B 64 GBd N1078A / 64 GBd NRZ PAM4 O/E < 100 fs RMS JSA PLL ...3...4...4...5 /...6...8...11 N1076A...12 N1076B DCA-M...13 N1077A...15 N1078A DCA-M...17...21...