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。
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。
