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PCI-Express 连接器的差动S参数量测

时间:2003-11-01 00:00来源:compotechasia.com 作者:admin 点击:
对最新的高速数字通讯技术(如Gigabit Ethernet、Infiniband、PCI Express等)所使用到的组件而言,频域的差动S参数量测已经变得愈来愈重要。透过这篇文章,我们将介绍如何运用一台4端口网络分析仪,进行PCI Express连接器﹝Connector﹞所需的差动S参数量测。我们将使用安捷伦ENA系列8.5 GHz 4端口网络分析仪。 

PCI Express连接器的标准测试程序中规定了以下的量测参数: 
- 差动注入损耗(insertion loss)
- 差动回返损耗(return loss)
- 差动近端串音(NEXT) 
测试的频率范围是100 MHz到4 GHz。 图1是这些量测参数的定义。其中,PCI Express连接器的近端串音(near-end crosstalk)的定义是:所有相邻差动信号线组的近端串音值的总和:
注入损耗与回返损耗量测 

在测试缆线进行过4埠的完整校准之后,可将网络分析仪连接到DUT待测物中欲测试的信号线组上,然后量测4 x 4的单端S参数(S11到S44)。如果网络分析仪能提供像安捷伦ENA系列的内建夹具仿真功能,工程师便可以将这些参数转换为混合模式的S参数(差动和共模的S参数)。图2a和图2b是用来量测差动注入损耗和回返损耗的测试夹具范例。
透过照样的方式,您不需要透过任何外部的计算,就可以直接在网络分析仪(ENA)的屏幕上读出差动注入损耗和回返损耗的量测结果Sdd21(差动对差动的穿透值)和Sdd11(差动对差动的反射值)。这是使用4端口网络分析仪最主要的优点,若使用传统的双端口网络分析仪的话,需要透过复杂的外部计算才能得到差动S参数。 

4端口网络分析仪用来进行差动组件量测的校准方法为4埠的完整校准技术。当您以不同的机构标准进行4埠的完整校准时,需要进行多重连接,可能会导致校准的误差。ENA系列支持N4431A 4端口电子校准模块(ECal),可自动进行校准。有了4端口ECal模块,您就可以透过单一连接,以单键操作的方式,进行4埠的完整校准。
近端串音量测

图3a与图3b是差动近端串音(NEXT)量测的测试夹具范例,其量测设置方式与注入损耗和回返损耗相同,其中,第3和第4个测试埠系连接到victim的信号线组上,而第1和第2个测试埠则接到要进行激发的相邻信号线组上,没有连接到ENA的所有信号线组都要以50奥姆的同轴终端器(terminator)做终端处理。藉由改变测试缆线的连接方式和50奥姆终端器,您就可以量测出不同组合之线组的NEXT值了。 
在线性刻度下,量测Pair-2到Pair-1的NEXT值。 
- 改变缆线的连接方式和终端器,然后量测Pair-3到Pair-1的NEXT值。 
- 用相同的方法量测Pair-4到Pair-1的NEXT值。 
- 计算上述NEXT量测结果的总和。 

ENA内建的VBA程序设计功能将这样的计算完全自动化,帮助您更快和更准确的完成NEXT量测。 

图45是差动注入损耗、回返损耗、以及NEXT总和的量测范例。在第2个信道中,VBA程序会由1到4号轨迹(未显示在画面上)量测得到的四组NEXT结果计算出NEXT的总和,并将计算的结果以dB的刻度绘制在第5号轨迹上。 
在此量测范例中,测试夹具的传输线效应并没有依照PCI Express连接器的标准测试程序的规定,从量测的结果中移除。藉由小心地设计测试夹具,使它对量测的影响减到最低,可以有效地降低量测的误差。 

如果您想要移除测试夹具的效应,以便更精确地评估出DUT的特性,可以使用ENA的反嵌入功能。反嵌入的功能乃是利用数学的方法,移除以Touchstone(s2p或s4p)S参数数据文件的形式所定义的双端口或4端口网络。图5是一个双端口的反嵌入范例。 

在进行测试夹具反嵌入之前,必须要先量测出测试夹具的传输线特性,以便取得其S参数,成为Touchstone资料文件。 

有两种方法可以进行这种量测: 

- 利用诸如安捷伦科技的先进设计系统(ADS)这样的EDA模拟工具,以数学的方法得出测试夹具的传输线特性。利用ENA加上RFprobe station直接进行量测,实际测试夹具的传输线特性。 


结论

频域的差动S参数量测是高速数字通讯组件测试的趋势。传统使用时域的方式(Time-Domain Reflectometry)已无法提供所需的准确度和动态范围。运用一台4端口网络分析仪和测试夹具反嵌入的功能,工程师可以快速和准确的进行PCI Express连接器所需的差动S参数量测,进而完成PCI-Express规范的注入损耗,回返损耗和差动近端串音等量测参数。
(责任编辑:admin)
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