高分辨率TDR測試以及應(yīng)用
由于TDR測試模塊的體積較大,不方便手持探測,因此會使用一種類似于機(jī)床那樣的設(shè)備將模塊固定,移動DUT向TDR模塊靠攏完成探測。人們把這種類似機(jī)床的裝置稱為Probe Station。
使用TDR模塊延伸電纜和Probe Station能將現(xiàn)有的TDR設(shè)備性能發(fā)揮到極致,配合80E04 TDR模塊所能獲得測試的分辨率也只有2mm左右,仍然不能滿足高分辨率
TDR用戶的需求。
更高分辨率TDR的解決方案
要從根本上提高TDR測試的分辨率就必須尋找上升沿更快的階躍信號發(fā)生器和更高帶寬的取樣器。在此之前人們已經(jīng)找到了由多個獨立儀器所組成的解決方案。
在組合方案中,使用Picosecond公司高速階躍信號發(fā)生器(4022)配合泰克公司高帶寬取樣器80E06組合成一套高分辨率的TDR測試系統(tǒng),見圖3。該測試系統(tǒng)由高速階躍信號發(fā)生器Picosecond 4022配合70GHz帶寬的取樣模塊80E06組成,標(biāo)稱的系統(tǒng)上升時間達(dá)到9ps,可獲得超高的TDR測試分辨率。
80E10高分辨率測試模塊
雖然高分辨率TDR組合方案能獲得明顯高于原有80E04方案的測試分辨率,但是也存在一些問題。例如:易用性問題,組合方案離不開繁雜的電纜連接,難以實現(xiàn)對DUT的探測;阻抗測量讀數(shù)問題,組合方案在儀器上讀出的數(shù)值只能是電壓值而無法直接獲得阻抗值或者反射率值;測試儀器的補償、校準(zhǔn)以及一致性問題,組合方案的兩個組成部分來自不同的供應(yīng)商,因此或多或少的存在儀器的溫度補償、校準(zhǔn)以及一致性問題。組合方案更像是科學(xué)研究用的設(shè)備而不是商品化測試設(shè)備。由單一的供應(yīng)商實現(xiàn)一體化高分辨率TDR測量仍然是測試者所期望的。
最近Tektronix公司推出了全新的高分辨率TDR模塊80E10、80E08。其中80E10模塊的系統(tǒng)上升時間高達(dá)15ps(典型值)。
克服TDR測試中的多重反射
當(dāng)測試者使用高分辨率TDR設(shè)備對芯片進(jìn)行失效分析或者是對高速的PCB背板進(jìn)行TDR測試時,可能會遇到芯片內(nèi)部或者是PCB背板的各種復(fù)雜的走線情況所帶來的多重反射現(xiàn)象,從而給尋找短路/斷路點的位置帶來了很大的困難。多重反射的產(chǎn)生如圖4所示。
當(dāng)被測試的走線上存在多個阻抗不連續(xù)點時,例如DUT的走線含有多個轉(zhuǎn)角或者穿層,那么信號在穿越每兩個相鄰的阻抗不連續(xù)點時都會產(chǎn)生反射,所有的反射信號會疊加在一起后反映在儀器上的波形將會是亂的。多重反射的存在導(dǎo)致測試者無法將測試波形結(jié)果與DUT走線相對應(yīng),帶來疑惑。
如果使用專用TDR軟件,將原始的TDR測試波形按照反射的情況進(jìn)行分段,通過解卷積(De-convolution/又稱為去卷積)算法可糾正多重反射給測試帶來的影響,還原真實的面貌。獲得與DUT走線情況相符合的阻抗測試結(jié)果。圖5是通過軟件糾正多重反射之后的波形與原始波形的對比。
綠色波形是有明顯的多重反射存在的測試波形,紅色波形是經(jīng)過軟件糾正后的波形。從原始波形上看,我們根本無法找到被測試走線的終點,按照TDR測試的常識我們知道走線的終點表現(xiàn)在波形上應(yīng)該是快速上升到無窮大,而綠色波形則完全無法找到走線的終點,令測試者無法講測試結(jié)果與被測試走線的情況相對應(yīng),造成很大的誤解。而經(jīng)過軟件糾正的紅色波形,令測試者可以輕易的找到被測試走線的終點,將測試結(jié)果和被測試走線的情況對應(yīng)起來。
小結(jié)
以往的系統(tǒng)上升時間為28ps的TDR設(shè)備在常見材質(zhì)的DUT上分辨率已經(jīng)達(dá)到2mm左右,完全適合于常規(guī)的測試應(yīng)用,例如PCB板以及電纜的特征阻抗測試。當(dāng)測試者需要獲得更高分辨率需求時,不僅需要從探測的方式上讓TDR測試設(shè)備發(fā)揮最大的效能,例如使用延伸電纜、Probe Station等,而且需要更高系統(tǒng)上升時間的TDR設(shè)備,從根本上提高系統(tǒng)測試分辨率。在很多高分辨率TDR的測試場合,多重反射現(xiàn)象是很常見的,使用TDR測試軟件對含有多重反射的原始波形進(jìn)行糾正,是非常有效的分析方法。
評論