S参数量测，如插入损耗、折返损耗及频域串音等，已逐渐成为高速数字标准中缆线组件兼容性测试程序的一部分。举例来说，目前Infiniband规格在1.25Ghz时，缆线差动插入损耗必须低于10dB；其他标准如PCI Xpress、Serial ATA II及XAUI也需要类似的量测。

传统上，S参数量测是由频域向量网络分析仪（Vector Network Analyzers；VNA）所完成。然而近年来，此种量测逐渐以时域反射及传输（Time Domain Reflectometry and Transmission；TDR/T）量测[1][2]为基础完成，并使用附属软件如TDA系统IConnect转换时域数据至频域中。TDR/T S参数量测技术有时指时域网络分析（Time Domain Network Analysis；TDNA）。相较于频域VNA，TDNA技术的优势在于大幅降低的成本，一组TDNA设备与软件费用约为相同频域性能VNA设备的二分之一。VNA设备以提供相当大的动态范围著名，相对于TDNA的50至60dB，VNA约为100至110dB。然而，如Infiniband或其他类似标准的兼容性测试量测，目前最大范围皆在20dB以内。特别是，Infiniband差动插入损耗如上所述只指出－10dB的量测为TDNA技术所能轻易达成。

VNA设备的附加精确度并非频域中所固有，而需透过如SOLT（短路－开路－负载－经由；Short－Open－Load－Thru）高阶校准达成。在量测参考平面上，校准程序需要高度精密、分析完善的标准。上述标准已可适用于同轴（SMA；3.5mm或其他精密接头）或芯片上（on-wafer）型式。然而，同轴接头无法与Infiniband或其他高速数字接头搭配，必须使用既定标准搭配适当接头的夹具(图一)。由于无法提供搭配接头接口的精密标准，原则上须对VNA的同轴（SMA）接头做校准，藉由减去特殊埋藏（de-embedding）结构量测，从整体量测中去埋藏（de-embed）夹具插入损耗。额外的量测增加了整体测试及校准的时间，VNA仪器将大幅延长兼容性测试的程序；研发实验室量测或许能接受较长的测试时间，制造测试现场却无法接受。

《》

＜数据源：1.4X Infiniband缆线组件：Meritec提供；FCI测试板：Tektronix提供。＞

由于TDNA不需要大量的校准程序，并允许数据窗口化，TDNA提供了这方面令人注目的选择。在典型标准兼容性测试夹具上，使用插入损耗去埋藏（de-embedding）结构的简易经由（thru）参考与经由（thru）波形，便能进行良好的S参数兼容性量测。同时亦可使用开路（Open）波形参考，使用从夹具上拔下的缆线组件开路（open）。但在这种情况下经由（thru）参考较适合，因为它允许将整个搭配接头加入量测中。

以下可以用一些量测数据回答所产生的两个问题：

先以简单的例子来回答夹具问题。首先，先进行精密微波接头的差动式折返损耗量测；使用如(图二)中所示0.1％精密度的微波电阻器与半刚性（semi-rigid）同轴型夹具。

《图二 透过波形可以清楚地比较出不同互连选项的探棒负载，随着接头的尺寸变小（或将接头移除），负载也会跟着降低。此系统内原本的信号上升时间为150ps。 》

理论上，此种电阻器的差动式折返损耗约为－60dB。但在VNA量测中无法轻易去埋藏（de-embed）夹具，因此将量测到电阻器与夹具组合的折返损耗。而在TDNA量测中，可在夹具末端撷取参考开路，即可从量测中去埋藏（de-embedding）夹具。(图三)表示两种量测间的比较。

《图三 在串联终端的系统中，分别于接收器和探针头所观察到的波形。》

图中说明若为TDNA，则量测会约略限制在既定设定的TDNA系统动态范围中；若为VNA，则所量测到的为夹具而非电阻器。图中说明在1060Ghz的共振，相当于1.13cm夹具的半波长共振时，VNA量测实际上由夹具所控制。

此量测能明确说明若无去埋藏夹具，量测中夹具如何完整控制VNA量测。但缆线组件并非电阻器，因此，下文接着将转为研究适当的效应。在Infiniband缆线组件上进行VNA量测，结果如下图所示。

《图四 逻辑分析仪之波形与眼图》

图片显示12.5公尺缆线组件的差动式插入损耗，及夹具上参考穿透（through）结构的差动式插入损耗。此缆线在－11.6dB规格上几乎不会失败，而减去－1.66dB夹具插入损耗将使缆线成为几乎不合格缆线。因此，藉由强制去埋藏（de-embedding）夹具，即可轻易区分合格与失败的夹具。

为验证TDNA量测是精确的，因此在相同参考平面上比较在仪器缆线末端以穿透（thru）参考完成的缆线测试组件TDNA量测，以及VNA SOLT校准量测。(图五)显示比较结果。显然关联性相当良好，因此能推断这里所显示TDNA技术精确度对Infiniband缆线组件兼容性测试而言更加足够。

《图五 信号质量》

此外，由于TDNA系统易于校准（参考开路或参考经由足够用于基本量测），利用电路板上参考穿透（thru）轨迹，便能轻易去埋藏（de-embed）夹具。此为非常快速且极为普遍的量测，结果如下图六所示。

《图六 使用Mictor接头的绕线图》

TDNA系统能达成惊人高输出，可在1至2分钟进行TDNA缆线量测，而不需使用需15至30分钟校准及量测的VNA。须注意VNA也能透过二次校准或从组件及夹具量测中减去夹具量测，移除夹具效应。然而，这将增加更多测试程序时间，显然并无改变TDNA方法具备足够精确度与较佳输出之推论。

如(图七)所示

《图七 利用soft touch无接头式探棒来观察总线上的信号，由于探棒的负载比较小，而且可以直接将信号绕接到信号脚座上，因此与逻辑分析仪连接所造成的负载是可以接受的。》

观察缆线组件的眼状图开口及眼状波罩测试颇为有趣。从量测中去埋藏夹具，并将眼状波罩置于开口中；缆线显示峰对峰抖动为31.7ps，且眼状图开口为368ps。

（作者任职于Tektronix太克科技）

＜参考数据：

[1] D.A. Smolyansky, Cost-Efficient Cable Assembly Compliance Testing and Modeling - DesignCon 2004, Santa Clara, CA

（作者任职于Tektronix太克科技）

[2] D.A. Smolyansky, Time Domain Network Analysis:Getting S-parameters from TDR/T Measurements - Infiniband PlugFest, 2004＞

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