胡为东系列文章之十二--参数测量中针对夹具或探头

对于相当多的被测试产品，如接插件、使用插槽的电路板等都需要使用专门的夹具才能进行S 参数测试，这是因为这些被测件的接口通常是非SMA 或者BNC 等通用接口类型的，而S 参数测试仪器如SPARQ、VNA 等仪器的连接接口通常都是SMA 或者BNC 等标准类型的，因此被测件和测试仪器的连接需要辅助夹具。如下图1 所示为一些需要夹具才能够进行S 参数测试的被测件（左下脚图片为Teledyne LeCroy（力科）的信号完整性S 参数测试仪）：

下图2 所示为使用一个夹具进行接插件测试的示意图：

夹具的使用一定会给被测件的S 参数测试结果带来影响。如果相对于被测件DUT 本身来说，夹具的影响非常小，则可以忽略，或者若是将整个系统（包括被测件DUT 和夹具）一起进行考虑，需要的是S 参数和被测件DUT 的整体性能，那么夹具的影响也是可以不用考虑的。但是如果夹具的损耗和被测件DUT 的损耗相当，那么夹具的影响往往是不可忽略的，这时候我们就需要考虑使用一些办法来消除夹具给测试带来的影响。

二、现有的夹具去嵌方法及不足之处
当前针对S 参数测量中夹具的去嵌主要有如下几种方法：
1、基于夹具的S 参数的去嵌方法
该方法使用起来非常方便，只要将夹具的S 参数带入到测试仪器校准分析软件中即可实现对夹具的去嵌，但是一个夹具的S 参数往往并不容易得到，如测试时用到的探头，S 参数不仅很难得到，而且即使探头厂家有提供探头的S 参数，在实际测试中也往往会因为连接方式，点触方向等导致探头S 参数发生变化，也会影响到测试结果的精确性。

2、TRL 校准方式
TRL（Through/Reflect/Line）校准方式也是目前业内用得比较普遍的一个校准方法，适合于校准比较复杂的传输线结构的夹具。TRL 夹具需要测试人员提前设计精确的包括Through（直通）、Reflect（反射）、Line（线）的夹具，TRL 夹具必须要和实际应用单板的各项参数相一致，比如印制电路板的叠层、各叠层的厚度、所用材料的介电常数、传输线的阻抗控制、线宽等等。而这对于两个可能是不同时候设计和生产的不同单板来说，控制得非常一致是比较困难的。此外，夹具上的连接器磨损也会影响到校准结果。

3、OSLT 校准
OSLT（Open/Short/Load/Through）校准方法是标准的校准方法，S 参数测试仪器通常会标配有该方法，OSLT 校准方法的缺点是需要一整套标准的校准件，它的接口也通常是SMA或者是BNC 接口的，而且它需要夹具的末端接口（夹具与被测件DUT 相连接的接口）类型也是SMA 或者BNC 的，而绝大部分测试夹具都不具备这样的要求，如果设计嵌入式的OSLT 用于校准，除了存在和TRL 校准类似的问题外，还会存在其它潜在的误差源，如将Short，Open 视为理想情形，将Load 视为非频率相关的。

4、
是在Teledyne LeCroy（力科）的信号完整性S 参数分析仪SPARQ 中和OSLT 相同的一种方法。

5、时域Gating 校准（Time Domain Gating）
时域Gating 校准方法是Teledyne LeCroy（力科）用于SPARQ 中的一种最新的校准技术，也是力科最新的一项专利技术。该方法能够减少上述校准方法所存在的缺点，而且具有操作方便的优点，也非常适合于使用探头进行S 参数测试时对探头的校准。

另外，使用基于S 参数的校准方法、TRL 校准方法、OSLT 校准方法、方法对探头的去嵌也是S 参数测试中的另外一个难点，因为探头模型难以在PCB 板上模拟出来。下图3 所示的Gigaprobes 是S 参数测试中常用的探头：

三、应用于力科SPARQ 中的新一代时域“Gating”去嵌方法
下图4 所示为S 参数测试仪器通过夹具对被测件DUT 进行测试的一般拓扑结构。

从上图4 可见，对于一个具有P 个端口的被测件DUT，将需要2P 个端口的夹具，其中P 个端口与测试仪器的P 个端口相连接，另外P 个端口与被测件DUT 相连接。如果知道具有2P 个端口的夹具的S 参数，那么对夹具的去嵌将变得非常容易。如Teledyne LeCroy（力科）公司的信号完整性S 参数分析仪中就集成了基于S 参数的夹具去嵌方法。如下图5 所示，只要将夹具所对应的：*.snp 的S 参数文件带入到图5 的界面设置中即可实现对于夹具的去嵌。但是正如前文所述，获取夹具的S 参数是关键。

时域Gating 方法是将上图4 中的夹具中的传输媒介使用传输线的原理进行等效，只要获得每一个通道的两个参数：延迟（TD, Time Delay）和损耗（Loss）即可实现对夹具的去嵌。而延迟和损耗参数是比较容易得到的，如果是专业厂家的夹具或者线缆，通常会给出这两个参数的值，如果是自己设置的夹具，那么一个办法是可以通过ED