探頭對阻抗測試一定有影響？不信來看
發(fā)布時間：2021-07-26 10:48
作者：一博科技高速先生自媒體成員 周偉
為什么阻抗測試范圍不能是整個線路段而是30%（50%）~70%段呢？上次雷豹的這個疑問不好意思直接問師傅，但他也沒有停下找尋答案的腳步，既然師傅不好問，還可以問旁邊的師兄飛哥嘛！于是他又厚著臉皮問起了師兄。
師兄飛哥倒是爽快，開始耐心地給雷豹普及起阻抗測試的基礎(chǔ)性知識：“小雷，這個問題我之前也問過師傅，現(xiàn)在還有點印象，正好給你說說加強一下，有些遺漏什么的你到時候再去查資料吧。阻抗測試一般是PCB板廠作為出廠時的一個產(chǎn)品驗證指標，因為涉及到多批次的數(shù)據(jù)，所以對于結(jié)果的重復性及準確性來說就比較關(guān)鍵，又因為它是根據(jù)時間和長度反射回來的一條曲線，沒法在某點固定取值讀數(shù)，所以這個結(jié)果又取決于取值區(qū)間，一般要求這個取值區(qū)間阻抗盡量平穩(wěn)，這樣才能反映線路真實的阻抗值，你現(xiàn)在知道為什么不能看整個曲線段的結(jié)果了吧。”
雷豹若有所悟，忙不迭的答道：“阻抗區(qū)間平穩(wěn)的地方應該是線路中間段，因為前端是探頭與板子接觸，板子如果是Coupon條那么接觸點就是過孔，如果是測試板內(nèi)的線路，那么一般接觸點就是焊盤等，這個接觸點不可避免會造成阻抗不連續(xù)，而末端一般是開路，我們都知道開路阻抗無窮大，所以看到的阻抗曲線是近似垂直向上的，這個開路阻抗對末端線路的阻抗也會有抬升影響，為了讓測試結(jié)果更接近實際，阻抗按照線路的30%（50%）~70%段進行取值就顯得比較科學了，是這樣嗎？”
“不錯，你剛剛其實還提到了一個很關(guān)鍵的影響，那就是探頭，不同的探頭對前端阻抗的影響非常大，這個可能還會影響整個線路段的阻抗，我們接著來討論下不同探頭所測試的結(jié)果差異?！睅熜诛w哥補充道，默默的喝了口水潤了潤嗓子，繼續(xù)給雷豹普及起來。 “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（地針離信號針越遠），感性越大，和待測物接觸時的阻抗也就越高，下面是一些常見的手持式探頭。
圖1、常見的手持式探頭
這些探頭測試的結(jié)果容易受地針到信號針的環(huán)路長度影響（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試阻抗，當?shù)蒯樂挪煌奈恢脮r，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，同時對整個阻抗也會有一些影響，所以我們在取值的時候要取阻抗波動比較平穩(wěn)的區(qū)間也是有道理的，如果探頭的接地環(huán)路更大，則會影響超過30%的區(qū)間，所以后面才又出來50%~70%的取值區(qū)間，至今還是被絕大多數(shù)板廠采用。
圖3、實際手持探頭的阻抗測試結(jié)果
除了手持式的感性探頭，很多客戶端會采用SMA頭來直接進行測量，我們常用的SMA探頭如下圖4所示。
圖4、常見高頻SMA頭
上面都是高頻SMA頭，可以應用在不同的場合，編號1和2的SMA頭需要焊接，后面兩種采用螺絲固定，可以重復多次使用。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，錫保留多少最終導致阻抗也是有差異，一般編號1的SMA探頭焊接完多數(shù)呈現(xiàn)容性，后面幾種看設(shè)計時優(yōu)化的好壞情況呈現(xiàn)不同的阻抗值。曾經(jīng)我們有個客戶就是用這種編號1的SMA頭導致測試阻抗和板廠出廠時的阻抗偏差很大，一度懷疑制板有問題，請看下面的圖5所示，前端的阻抗低到懷疑人生有木有？
圖5、SMA頭測試結(jié)果
同樣的線路板廠使用手持式探頭測試的結(jié)果如下圖6所示。
圖6、手持式探頭測試結(jié)果
當然不管是SMA探頭還是手持式的探頭，直接點測對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的影響，缺點就是測試點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，使用相對不是很方便，還有個最主要的缺點就是價格非常貴，非財大氣粗的老板們還是悄悄繞道避開算了，反正我還沒有用過，但不得不說下面這種探頭測試出來的結(jié)果和SMA探頭的結(jié)果對比還是比較理想的，如下圖7所示。
圖7、微探頭測試結(jié)果
就算沒有這種微探頭，照樣不會影響我們對阻抗進行良好的設(shè)計和優(yōu)化，尤其是現(xiàn)在我們使用了可拆卸的高頻SMA頭，在經(jīng)歷了多次測試板的優(yōu)化后，我們現(xiàn)在的高頻SMA探頭與板子接觸點處的阻抗已經(jīng)可以完全匹配了，下圖8是我們分別用圖4中的SMA編號3和編號4進行測試的夾具板阻抗，可以看到前端探頭處阻抗基本沒有什么波動，這個才是TRL去嵌測試板或夾具板最關(guān)鍵的技術(shù)，也是直接反映夾具性能的特征，因為現(xiàn)在大部分高速信號夾具接口都是使用的高頻SMA頭，而這個SMA頭和PCB板接觸點的阻抗（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)化這個接觸點的阻抗。”
圖8、優(yōu)化好的SMA頭阻抗測試結(jié)果
沒想到之前看起來很簡單的阻抗測試，原來還有這么深的水，雷豹又被師兄剛才的講解深深的折服了，陷入暗暗的沉思，看來自己以后該學的還有很多，騷年，繼續(xù)努力吧！
