使用TDR、网分和建模技术获得信号完整性的技巧

是查看反射信号，从而判断是被测器件（DUT）中的什么引起了模式转换。图6所示为在端口1使用差分信号激励被测器件，并测量端口1的差分和共模反射信号的结果。随着激励传播通过该通道，遇到的不对称会生成一个公共信号。这个公共信号的一部分会传播到端口2，一部分会传播到端口1，并在此作为TCD11进行测量。由于公共信号的速度与差分信号的速度相近，所以根据与公共信号重合的阻抗分布特征可判定模式转换的原因。在此例中，模式转换是由子卡和背板中的过孔场造成的。

图6、使用TDR找出模式转换的原因。

夹具的影响

最后，成功进行分布式通道仿真和测量的关键是只测量被测器件的能力。在高频下这一点可能非常具有挑战性，因为夹具开始成为信号衰减的一大源头，需要先进的校准技术将夹具效应从测量中移除。

为了去除测量中测试夹具的影响，工程师们开发了许多不同的方法。这些方法主要分为两类：直接测量（测量前处理）和去嵌入（测量后处理）。去嵌入采用测试夹具的模型，以数学方式从整个测量中去除夹具的特性。对于非同轴被测器件，这个夹具去嵌入过程可以得出非常精确的结果，无需复杂的非同轴校准件。直接测量技术则需要将专门的校准件插入到测试夹具中进行测量。器件测量的精度取决于这些物理标准件的质量（参见图7）。

图7、用于去除夹具对被测器件测量结果影响的众多纠错技术的评估。

最常见的校准方法为TRL，即传输（或直通）、反射和线路。TRL标准件的限制在于，连接器和发射端子（launch）都相同，直通和线路标准件中使用的所有传输线具有相同的阻抗、损耗和传播常数，区别仅仅在于长度。所需线路的数量取决于校准套件所覆盖的频率范围。每条线路的可用频率范围是通过线路标准件与直通标准件的相位比较来确定的。在微波测试应用中，使用矢量网络分析仪（VNA）和TRL校准技术的历史已经有40多年。TRL校准技术只由短传输线路的特性阻抗决定。根据两组短传输线长度的双端口测量和两个反射测量，可以确定完整的12项误差模型。由于校准件非常简单，TRL可在分散传输介质中应用，如微带、带状线和波导。随着精密同轴传输线的出现，从1975年开始，TRL可以提供最高精度的同轴测量。

最近开发出来的一种校准方法称为差分串扰校准（也称为差分TRL），它是使用差分代替单端结构来进行共模单端TRL。差分TRL是为数不多的几种校准算法之一，与自动夹具去除（AFR）方法结合使用，可以去除耦合。前面提到的单端TRL限制条件同样适用于此差分方法。由于这些是差分标准件，因此还有额外的限制：无论是共模转换为差分还是差分转换为共模，模式转换应当为-30dB或更好。线路之间的偏移必须小于10度。与单端TRL校准套件一样，夹具可以不对称（左、右半边夹具的长度或阻抗无需相同），但夹具需要上下对称（即差分对的一条腿至另一条腿）。

最新一代的AFR算法通常被称为"单端口AFR"。这里说的单端口可以是单端端口，也可以是差分端口，但在两种情况下都无需直通测量。这使得误差纠正更简单、直接，因为用户可以简单地使用开放式夹具作为参考标准件，从而节省设计时间和制造成本。与单端AFR类似的是差分自动夹具去除方法。这个方法的不同之处在于直通为差分，因此，夹具上存在的任何耦合会在此过程中去除。除了需要对称（左右对称）之外，与单端AFR一样，直通也必须上下对称。而且这种方法的实施和构建同样比相应的多TRL结构更加省时省力。

过去进行的设计案例研究展示了一种应用，所制造的2x直通夹具的典型的PCB制造公差为目标阻抗的±10%。这意味着100V的差分阻抗可以高达110V或低至90V，2x直通阻抗波动达到20V。更重要的是，要去除的夹具与制造的2x直通之间存在明显的区别。通常情况下，TRL和AFR中的一个主要假设是，夹具和校准2x直通标准件具有相同的阻抗。校准算法中的另一个突破在于，夹具和校准2x直通标准件之间的阻抗差异是可以容忍的。这就提供了更大的灵活性，通过避免多次转换校准2x直通标准件的电路板来提高精确度，减少实施时间。这种增强的AFR算法将夹具A+被测器件+夹具B的原始测量与2x直通进行比较。通过指定表征夹具不等于被测器件测量夹具，AFR会使用实际夹具的阻抗，并允许存在适当的阻抗以完成纠错。在时间t=0之前出现错误响应的因果问题大大降低（参见图8）。这种创新功能为自动去除夹具和提高S参数精度带来了新突破。

图8、TDR响应前（a）和响应后（b），显示出使用增强AFR算法后，非因果特性减少。

信号完整性工程师在