王 超

(四川华丰企业集团有限公司，四川绵阳，621000)

1 引言

近年来，随着高速连接器飞速发展，其产品的高频测试也越来越重要，各大连接器厂家对产品测试的研究愈发深入，测试变得越来越重要。测试高频性能时，需要使用VNA矢量网络分析仪、TDR等高频测试设备，这些设备的端口都是cable加同轴SMA公头(见图1)，而高速连接器端接方式多为鱼眼压接式、SMT表贴式，无法直接与测试设备相连，这时我们需要使用一块PCB夹具作为转接，一边为SMA母头与设备端口相连，一边通过过孔或者焊盘与连接器相连，这样形成一条完整的回路。产品测试完成后测试结果包含(PCB夹具+高速连接器)的指标，而PCB夹具的指标是多余的。这时，我们需要应用去嵌入技术，将PCB夹具的指标去掉，只留下我们的产品高速连接器的指标。

图1 高速连接器测试链路设备

2 去嵌入技术原理

一般连接器都属于无源器件，我们主要是测试产品的S参数，S参数的测试主要基于网络分析仪测试，测试指标包括阻抗、插损、回损、串扰、差模转换、偏斜等，网络分析仪频率需要超过产品测试频率。测试板一头采用SMA射频头与网络分析仪连接，另一头插上连接器。业界常用的去嵌入技术一般为TRL和AFR去嵌。

2.1 TRL去嵌入技术

TRL是thru-reflect-line的缩写，顾名思义TRL校准件的类型有三种：thru：直通校准件；reflect：反射校准件；line：延时线校准件。

图2 校准线原理图

TRL校准就是一个方程组求解的过程，通过测试直通、反射、延时线，从而去除THRU线的S参数，保证我们拿到DUT的S参数。校准原理见图2，标准校准板见图3。

图3 TRL校准板

a.THRU: 直通校准件的设计如上图所示。去掉DUT后，将左右两端的fixture直接相连构成直通校准件，直通校准件左右两边的fixture需要对称，且与实际测试网络上的fixture设计保持一致。

b.REFLECT: 反射校准件的设计如上图所示：使左端或者右端fixture与被测网络连接的地方保持开路(open)或者短路(short)。同样反射校准件上的fixture部分必须和实际测试网络左边或者右边fixture部分保持一致。开路或短路，这两种状态只需要选择一种就可以，它们的反射系数幅值是不需要知道的，它可以作为一个未知量通过方程组求解出来。但在网分定义cal kit时需要注明是open还是short校准件。

c.LINE: 延时线校准件的设计：与直通校准件不同的是它在左右fixture中间插了一定长度的走线，走线的阻抗需要一致。同样延时线校准件的左右fixture设计需要和实际测试网络左右fixture设计一致且对称。这段长度为L的延时线传播常数e-γl(损耗和相位)也是不需要知道的，同样也可以当作未知量通过方程组求解得出。

延时线校准件的数量有可能不止一个，比如下图所示有不同的四种长度line。这四条line被分割了成不同的频段来代表延时线校准件。比如line1代表了160MHz～640 MHz，line2代表了640 MHz～2560 MHz，line3代表了2560 MHz～10240 MHz，line4代表了10240 MHz～20000 MHz，这四条line一起覆盖了160 MHz～20 GHz的校准频段。分多条line的主要原因是在测试频段内需要避免line与thru的相位差在0度以及180度整数倍附近，不然会导致校准结果出现异常。通常建议line与thru的相位差在各自的频段内保持在30度与150度之间。较低频段(200 MHz之内)的line长度则需要很长，实际走线很难实现，所以通常用load(负载)校准件代替。如果load在频段内匹配足够好的话，可以看成是一条无限长的line。

d.load：使左端或者右端fixture(夹具)与被测网络连接的地方保证50Ω端接。同样校准件上的fixture部分必须和实际测试网络左边或者右边fixture部分保持一致。load的设计一般会采用两个100Ω电阻并联组成50Ω，这样可以减小电感值。通常，load在频段内只需要保证S11在-40dB以下就可以满足要求。所以，延时线校准件的数量以及形态需要根据测试需求来确定，可能只需要用到load，也有可能需要用到load和几条line。

校准精度判定：校准完成后可以先对thru进行测量来评估校准结果是否可用，因为thru去掉PCB走线后应该是一个0长度的网络，理想情况下整个测试频段内损耗曲线都为0dB.如果在0dB附近波动过大的话则说明校准可能存在问题。

2.2 AFR去嵌入技术

AFR是Automatic Fixture Removal(自动夹具的拆除)的缩写，是利用是德科技的PLTS/ADS软件功能，则可以准确的分离左右的fixture参数，得到想要的DUT参数，就像是做一个减法，用被测网络的S参数减去THRU的S参数，就得到DUT的S参数。其原理见图4，夹具见图5。

图4 AFR校准原理图

AFR不需要单独做校准板，夹具上需做一条2xTHRU的线，走线长度为连接器到SMA的两倍。连接器到SMA的所有走线都等长(只针对同一块测试板的走线，两块测试板的线长可以不一样)，可采用差分或者单端走线，如果走差分，2xTHRU也是差分，如果走单端，则 2xTHRU也是单端。 2xTHRU走线线宽、间距与连接器到SMA的走线一模一样。如果只有一块测试板，直接使用PLTS软件，按去嵌向导完成去嵌； 如果有两块测试板，则需将两块板子上的2xTHRU都测试，用软件将S参数劈开，各使用一半去嵌。夹具走线左右两端fixture延时和损耗需要保证一致。AFR相对TRL是非常简单的校准方法，在频率不是太高时使用没问题。不过，AFR在更高频率段的校准精度还有待验证。

图5 AFR夹具

3 常见的SMA接口类型

阻抗50Ω时，按频率分为：

a.SMA公端射频头，频率0～26.5GHz，螺纹连接和焊接式；

b.3.5mm公端射频头，频率0～34GHz，螺纹连接；

c.2.92mm公端射频头，频率0～40GHz，螺纹连接；

d.2.4mm公端射频头，频率0～50GHz，螺纹连接；

e.1.85mm公端射频头，频率0～67GHz，螺纹连接。

图6 SMA接口类型

SMA的选用根据产品速率高低选用，一般选择对应频率SMA。如果没有合适的，可以选择频率更高的SMA，测试效果更佳。

4 测试夹具(PCB)加工要求

对于高速连接器产品，测试板设计好坏是一方面，PCB板的加工也至关重要，设计完成后，提交gerber文件或者PCB设计文件(AD格式)给板厂，板厂按文件加工，板厂如果调整参数会发送加工确认函。一般对于高速测试板，我们会规定以下内容：

a.规定PCB层叠、铜厚、铜箔粗糙度、CORE厚度、PP厚度、玻纤布类型等参数；规定板材类型，比如M6；规定DK、DF值；

b.镀层要求，OSP、电镀金、化学金、喷锡等；

c.表层绿油、蓝油或者其他颜色油墨；

d.丝印字符颜色，一般白色；

e.阻抗要求，差分100Ω/90Ω/85Ω等，单端50Ω/45Ω/42.5Ω等；

f.旋转板材，一般要求10°以上；

g.公差范围，板厂加工能力±10%；

h.去除非功能焊盘；

i.是否背钻，背钻残留要求。

5 测试夹具验证

我们的测试板加工完成后，需要关注下板子以下几点：

a.测试2xTHRU，看走线阻抗是否平滑，过孔阻抗在要求范围内；插损和回损曲线平滑无明显较大谐振；

b.测试连接器，看鱼眼过孔阻抗是否在要求值；查看差分对内延时差是否在要求值；查看串扰曲线是否异常。

图7 2xTHRU指标

6 玻纤布对测试结果的影响

玻璃纤维作为PCB材料的原料之一。它的作用就好比房子是水泥跟钢筋构造的一样，玻璃纤维布对树脂起着钢筋的作用，玻璃纤维有着很多的特点，现列举如下：

a.用于低温-196℃，高温300℃之间，具有耐气候性；

b.非粘着性，不易粘附任何物质；

c.耐化学腐蚀，能耐强酸、强碱、王水及各种有机溶剂的腐蚀；

d.摩擦系数低，是无油自润滑的最佳选择；

e.透光率达6～13 %；

f.具有高绝缘性能、防紫外线、防静电；

g.强度高。具有良好的机械特性；

h.耐药剂性。

所有这些特点在PCB材料上面体现的淋漓尽致，比如高温、ESD、绝缘性和耐腐蚀等。所以，现在PCB材料的发展也是伴随着玻纤布的发展而进步。

图8 常见玻纤布类型

对于信号速率越来越高的情况，玻纤布的编织方式对信号完整性影响也非常的大，尤其是对于差分对信号线，其问题的根本原因在于玻纤效应会引起对内偏斜(Skew)。

图9 玻纤布上的差分走线

图10 SKEW对信号性能影响

减小玻纤布的方法：需要注意的是，玻纤效应对于高速长走线影响最大，低速系统或者很短的走线可以不考虑。关于对策，主要是材料选择、设计规避以及生产规避。

6.1 材料选择规避

a.使用空窗小的玻璃纤维布。也就是大家说的扁平玻璃布，开纤布(玻纤打散)等。从源头避免由于玻璃纤维布空窗处有效介电常数波动的存在。例如：1067/1078/2116等。

b.使用多张玻璃纤维布叠加，降低露窗概率。方法是可行的，除非介质较厚本来就需要多张PP叠加，否则，个人认为不如第一种。一来是成本、二来玻纤布超过三张制造时容易滑片。

c.使用低介电常数玻璃纤维布，降低玻璃纤维和环氧树脂的介电常数差，减小空窗内和空窗外的有效介电常数差。注意：低介电常数玻璃纤维布通常只配备超低损耗板材。也就是常说的高速板材，成本高。

6.2 设计规避

a.重要信号走带有一定角度的线，3°、7°、10°等等都行，基本不增加成本，但是layout更难做一些。

b.重要信号旋转角度布局，增加了设计难度。

c.正常设计之后，拼板时旋转10°拼板。

6.3 生产规避

a.正常设计让板厂生产时将材料旋转。我们用芯板是从大料上裁剪下来的，大料是方形的，旋转裁剪势必降低板材利用率，PP也得用更大张的，会增加制造成本；

b.目前，行业内为了避开玻纤效应，主要是采用走线与波纤方向成一定夹角，采用开窗更小更密的波纤布。如果以后工艺改进是不是可以不用玻纤布或者有没有没有开窗的玻纤布，这样就不存在这个问题了。

7 结束语

高速连接器作为系统链路中至关重要的部分，连接器性能如何判断，对于连接器厂家而言及其重要。目前，部分厂商测试采用不去嵌方式，判断方法为连接器加测试夹具，但这对测试夹具的损耗等要求更高，测试板性能差会极大的干扰测试结果。眼下，大部分连接器厂商还是采用去嵌处理，得到单独连接器的S参数，排除了夹具的干扰，得到的结果也更准确。不管是采用TRL去嵌处理，还是采用AFR去嵌处理，在去嵌前先要保证测试夹具满足要求，所以对于测试夹具的制作加工精度要求较高。去嵌入技术已经是高速连接器测试中必不可少的一环。