PCB的差分阻抗测试技术
pcb测试阻抗标准
pcb测试阻抗标准PCB测试阻抗标准是确保PCB板性能和质量的重要环节之一，其目的是确保PCB板上信号的传输质量和稳定性。
本文将详细说明PCB 测试阻抗标准的各个方面，包括阻抗的基本概念、测试方法、标准规范以及实际应用等。
一、阻抗的基本概念阻抗是指电路或元件对电流的阻力，它由电阻、电感和电容组成。
在PCB板上，信号传输是通过铜箔走线进行的，而这些铜箔走线可以等效为一系列的电阻、电感和电容元件。
因此，PCB板的阻抗是衡量信号传输质量和稳定性的重要指标。
二、阻抗测试方法1．传输线法：传输线法是一种常用的阻抗测试方法，它通过在PCB板上测量传输线的电学特性来计算阻抗。
具体来说，传输线法通过测量传输线的长度、宽度和厚度等参数，以及传输线的距离地面的高度等参数，来计算阻抗。
2．反射法：反射法是一种通过测量信号反射程度来测试阻抗的方法。
该方法通过在PCB板上的信号线上发送信号，并测量反射信号的幅度和相位来计算阻抗。
3．探针法：探针法是一种通过使用探针直接接触PCB板上的信号线来测试阻抗的方法。
该方法使用高精度的探针和测量仪器，可以快速、准确地测试阻抗。
三、阻抗标准规范不同的行业和应用领域有不同的阻抗标准规范。
在PCB设计中，通常采用IPC-2552标准规范，该规范将PCB板的阻抗分为5个等级，分别是：1．25 ohm（低阻抗）：主要用于低频信号传输，如电源电压和接地线等。
2．50 ohm（标准阻抗）：主要用于数字信号和高速模拟信号传输。
3．60 ohm（较高阻抗）：主要用于音频信号传输和一些特定的模拟信号传输。
4．100 ohm（高阻抗）：主要用于时钟信号和其他高速数字信号传输。
5．无等级（自定义阻抗）：用户可以根据自己的需要自定义阻抗值。
四、实际应用在PCB设计中，阻抗测试是确保信号传输质量和稳定性的重要环节之一。
首先，在PCB板的设计阶段，需要根据实际应用需求来确定所需的阻抗值，并选择合适的传输线和元件来满足阻抗要求。
差分阻抗-什么是差分
【引用】差分阻抗-什么是差分？当你认为你已经掌握了PCB 走线的特征阻抗Z0，紧接着一份数据手册告诉你去设计一个特定的差分阻抗。
令事情变得更困难的是，它说：“……因为两根走线之间的耦合可以降低有效阻抗，使用50Ω的设计规则来得到一个大约80Ω的差分阻抗！”这的确让人感到困惑！这篇文章向你展示什么是差分阻抗。
除此之外，还讨论了为什么是这样，并且向你展示如何正确地计算它。
单线：图1(a)演示了一个典型的单根走线。
其特征阻抗是Z0，其上流经的电流为i。
沿线任意一点的电压为V=Z0*i（根据欧姆定律）。
一般情况，线对：图1(b)演示了一对走线。
线1 具有特征阻抗Z11，与上文中Z0 一致，电流i1。
线2具有类似的定义。
当我们将线2 向线1 靠近时，线2 上的电流开始以比例常数k 耦合到线1 上。
类似地，线1 的电流i1 开始以同样的比例常数耦合到线2 上。
每根走线上任意一点的电压，还是根据欧姆定律，为：V1 = Z11*i1 + Z11*k*i2 （1）V2 = Z22*i2 + Z22*k*i1现在我们定义Z12 = k*Z11 以及Z21 =k*Z22。
这样，式（1）就可以写成：V1 = Z11*i1 + Z12*i2 （2）V2 = Z21*i1 + Z22*i2这是一对熟悉的联立方程组，我们可以经常在教科书中看到。
这个方程组可以一般化到任意数量的走线，并且可以用你们中大部分人都熟悉的矩阵形式来表示。
图1 各种走线的结构特殊情况，差分对：图1(c)演示了一对差分走线。
重写式1：V1 = Z11*i1 + Z11*k*i2 （1）V2 = Z22*i2 + Z21*k*i1现在注意在仔细设计并且是对称的情况下，Z11 = Z22 = Z0，且i2 = -i1这将导致（经过一些变换）：V1 = Z0*i1*(1-k) （3）V2 = -Z0*i1*(1-k)注意V1 = -V2，当然，这是我们已经知道的，因为这是一个差分对。
pcb阻抗测试方法
pcb阻抗测试方法PCB阻抗测试方法PCB阻抗测试是PCB制造中的重要步骤之一，它可以确保PCB的电气性能符合设计要求。
因此，在PCB制造过程中，阻抗测试是不可或缺的环节。
本文将详细介绍PCB阻抗测试的方法。
一、PCB阻抗测试的重要性PCB阻抗测试是为了检查PCB的阻抗是否符合设计要求。
由于PCB上的信号频率越来越高，信号上的噪声和波形畸变成为了影响信号完整性的主要因素。
如果PCB的阻抗不符合要求，会导致信号反射和信号损耗，从而影响信号完整性。
因此，PCB阻抗测试是确保PCB电气性能的重要步骤。
二、PCB阻抗测试方法1. 差分阻抗测试差分阻抗测试是通过测量差分对的阻抗来检查PCB阻抗是否符合要求。
差分对是指两个相同但方向相反的信号线。
测试时，需要在差分对的两个信号线上放置探针，并测量它们之间的阻抗。
如果差分对的阻抗符合设计要求，则可以认为PCB的阻抗也符合要求。
2. 单端阻抗测试单端阻抗测试是通过测量单端信号线的阻抗来检查PCB阻抗是否符合要求。
测试时，需要在信号线上放置探针，并测量它们之间的阻抗。
如果单端信号线的阻抗符合设计要求，则可以认为PCB的阻抗也符合要求。
3. 时间域反射测试时间域反射测试是通过测量信号反射波来检查PCB阻抗是否符合要求。
测试时，需要向信号线发送一个脉冲信号，并测量信号反射波的振幅和时间。
如果反射波的振幅和时间符合设计要求，则可以认为PCB的阻抗也符合要求。
三、PCB阻抗测试的注意事项1. 测试时需要使用合适的测试设备，如阻抗测试仪和差分探针等。
2. 测试前需要对测试设备进行校准，以确保测试结果准确可靠。
3. 不同的测试方法适用于不同类型的PCB，需要根据实际情况选择合适的测试方法。
4. 测试时需要遵守安全操作规程，以确保测试人员的安全。
5. 测试结果需要记录并保存，以便后续的分析和验证。
四、总结PCB阻抗测试是确保PCB电气性能的重要步骤。
差分阻抗测试、单端阻抗测试和时间域反射测试是常用的测试方法。
共面差分阻抗
共面差分阻抗
共面差分阻抗是指一种特定的PCB设计技术，它能够在高速数字信号传输中提供更好的信号完整性，降低噪声和串扰。
共面差分阻抗的基本原理是利用PCB板上两个平行的导路(差分线)，它们的末端在相对位置对称的情况下相互连接。
当信号通过两个导路并且使它们电势差尽可能相等时，便可以实现差分信号的传输。
对于差分信号，成对的信号线要满足匹配的阻抗。
在PCB设计中，差分线的阻抗也需要保持匹配。
因为当两种不同阻抗线路接触时，会形成不共模噪声(CMN)。
差分线的不阻抗匹配会影响信号完整性，导致信号质量下降。
共面差分阻抗的最小单元为微带线。
微带线是指一种铜箔线路，一边是空气或一种介质，另一边是地面(晶体管基座)，通常用于高频和微波电路。
在微带线上，同轴线和中心导线之间存在空隙，因此它是一种开放电缆。
共面差分阻抗的设计很特殊，需要考虑以下几个因素:
1.差分线的宽度必须相等，这可以保证二者的阻抗也相等。
2.两条差分线之间的距离必须相等，这可以使他们的电容C，电感L以及耦合电抗相等
3.需要保持差分线和周围引线的相对位置关系，以最大程度地降低串扰和噪声。
4.需要使用阻抗控制的方法来调整导器宽度和间距，以达到所需的阻抗值。
设计共面差分阻抗需要非常严格的要求和一定的专业技术，也需要使用一些较为复杂的PCB设计工具。
如果差分线的设计不再适用于您的应用程序，您可以考虑使用电缆，这种技术可以在PCB上实现出色的信号完整性，但是也会产生了一些额外的成本。
pcb阻抗测试仪测试方法
pcb阻抗测试仪测试方法pcb阻抗测试仪测试方法随着数字电路工作速度得提高，PCB板上信号的传输速率也越来越高，如PCI-Express的信号速率已经达到2.5Gb/s，SATA的信号速率已经达到3Gb/s，新的标准如PCI-Express II、XAUI、10G以太网的工作速率更高。
随着数据速率的提高，信号的上升时间会更快。
当快上升沿的信号在电路板上遇到一个阻抗不连续点时就会产生更大的反射，这些信号的反射会改变信号的形状，因此线路阻抗是影响信号完整性的一个关键因素。
对于高速电路板来说，很重要的一点就是要保证在信号传输路径上阻抗的连续性，从而避免信号产生大的反射。
相应的，对于测试来说也需要测试高速电路板的信号传输路径上阻抗的变化情况并分析问题原因，从而更好地定位问题，例如PCI-Express和SATA等标准都需要测量传输线路的阻抗。
要进行阻抗测试，一个快捷有效地方法就是TDR(时域反射计)方法。
TDR的工作原理是基于传输线理论，工作方式有点象雷达。
如下图所示，当有一个阶跃脉冲加到被测线路上，在阻抗不连续点就会产生反射，已知源阻抗Z0，则根据反射系数ρ就可以计算出被测点阻抗ZL 的大小。
最简单的TDR测量配置是在宽带示波器的模块中增加一个阶跃脉冲发生器。
阶跃脉冲发生器发出一个快上升沿的阶跃脉冲，同时接收模块采集反射信号的时域波形。
如果被测件的阻抗是连续的，则信号没有反射，如果有阻抗的变化，就会有信号反射回来。
根据反射回波的时间可以判断阻抗不连续点距接收端的距离，根据反射回来的幅度可以判断相应点的阻抗变化。
H系列TDR阻抗测试仪是基于时域反射原理设计而成的高带宽特性阻抗测试分析专用仪器。
仪器采用真差分宽带取样技术，能够自动、快速、批量、准确测试线路板及电线电缆的特性阻抗，具备波形显示与分析功能，适用于PCB 硬板、FPC软板及电线电缆的阻抗测试。
2、产品特点1) H系列包括H045/H085/H150三种不同带宽的产品可供选择，应用领域全面覆盖阻抗条测试、软板/硬板板内测试。
差分阻抗测量方法
差分阻抗测量方法Differential impedance measurement is a crucial technique in thefield of electrical engineering. It plays a significant role in ensuringthe reliable performance of high-speed digital circuits. By accurately measuring the impedance of differential signal paths, engineers can determine if the signal integrity of a circuit is within acceptable limits. This helps in preventing signal distortions, crosstalk, and other potential issues that could impact the overall functionality of the circuit. The measurements obtained through this technique provide valuable insights into the electrical characteristics of the circuit, allowing engineers to make informed decisions about its design and operation.差分阻抗测量方法在电气工程领域起着至关重要的作用。
它对于确保高速数字电路的可靠性性能至关重要。
通过准确测量差分信号路径的阻抗，工程师可以确定电路的信号完整性是否在可接受的范围内。
这有助于防止信号失真、串扰以及其他可能影响电路整体功能的问题。
阻抗测试
PCB的差分阻抗测试技术作者: 周英航上网日期: 2006年11月10日打印版订阅关键字：PCB电路板TDR真差分TDR特征阻抗Coupon为了提高传输速率和传输距离，计算机行业和通信行业越来越多的采用高速串行总线。
在芯片之间、板卡之间、背板和业务板之间实现高速互联。
这些高速串行总线的速率从以往USB2.0、LVDS以及FireWire1394的几百Mbps到今天的PCI-Express G1/G2、SATA G1/G2 、XAUI/2XAUI、XFI的几个Gbps乃至10Gbps。
计算机以及通信行业的PCB客户对差分走线的阻抗控制要求越来越高。
这使PCB生产商以及高速PCB设计人员所面临的前所未有的挑战。
本文结合PCB行业公认的测试标准IPC-TM-650手册，重点讨论真差分TDR测试方法的原理以及特点。
IPC-TM-650手册以及PCB特征阻抗测试背景IPC-TM-650测试手册是一套非常全面的PCB行业测试规范，从PCB的机械特性、化学特性、物理特性、电气特性、环境特性等各方面给出了非常详尽的测试方法以及测试要求。
其中PCB板电气特性要求在第2.5节中描述，而其中的2.5.5.7a(IPC-TM-650官方网站下载链接/4.0_Knowledge/4.1_Standards/test/2-5-5-7a.pdf)则全面的介绍了PCB特征阻抗测试方法和对相应的测试仪器要求，重点包括单端走线和差分走线的阻抗测试。
TDR的基本原理及IPC-TM-650对TDR设备的基本要求1.TDR的基本原理图1是一个阶跃信号在传输线(如PCB的走线)上传输时的示意图。
而传输线是通过电介质与GND分隔的，就像无数个微小的电容的并联。
电信号到达某个位置时，就会令该位置上的电压产生变化，就像是给电容充电。
因此，传输线在此位置上是有对地的电流回路的，因此就有阻抗的存在。
但是该阻抗只有阶跃信号自身才能“感觉到”，这就是我们所说的特征阻抗。
pcb板差分阻抗
pcb板差分阻抗差分阻抗是指在差分信号传输中，信号线与地线之间的阻抗。
在PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）设计中，差分阻抗的精确控制对于高速信号传输和抑制信号串扰至关重要。
下面将详细介绍关于PCB板差分阻抗的内容。
1. 差分信号传输原理：差分信号传输是指通过两根相互平衡的信号线传输信号，其中一根为正向信号线，另一根为反向信号线。
通过在差分信号传输中，可以减少信号的串扰和噪声干扰，提高信号的可靠性和抗干扰能力。
2. 差分阻抗的定义和计算：差分阻抗是指信号线与地线之间的阻抗，通常用单位长度的电阻来表示。
计算差分阻抗需要考虑信号线的宽度、间距、介质常数等因素。
常用的计算方法有两种：一种是使用常见的微带线或同轴线的阻抗计算公式，并将其应用于差分线；另一种是使用专用的差分阻抗计算软件进行计算。
3. 差分阻抗的影响因素：差分阻抗的精确控制需要考虑以下几个主要因素：- 信号线的宽度和间距：信号线的宽度和间距会直接影响差分阻抗的数值。
通常情况下，增加信号线的宽度或减小信号线的间距可以降低差分阻抗。
- 介质常数：介质常数是指PCB板材料的相对介电常数。
不同的介质常数会导致不同的差分阻抗数值，因此在设计中需要选择合适的材料。
- 信号线的层次和结构：差分阻抗还受到信号线所在的层次和结构的影响。
不同层次的信号线可能会有不同的阻抗数值，因此需要根据实际情况进行设计。
4. 差分阻抗的控制方法：为了精确控制差分阻抗，可以采取以下几种方法：- 合理选择PCB板材料：选择合适的板材可以满足设计要求，例如选择具有稳定介质常数的材料。
- 控制信号线的宽度和间距：根据设计要求，选择合适的信号线宽度和间距，以达到所需的差分阻抗数值。
- 使用差分阻抗计算软件：使用专用的差分阻抗计算软件可以帮助设计者准确计算差分阻抗，并进行优化设计。
总结：差分阻抗在PCB设计中起着重要的作用，对于高速信号传输和抑制信号串扰具有重要意义。
PCB生产工程阻抗制作规范
工程阻抗制作规范1.目的规范制作阻抗P C B的阻抗计算和阻抗图形设计方法，确保成品的阻抗符合规定。
2.适用范围适用于本厂客户要求阻抗控制的P C B的阻抗设计及之C A M制作的阻抗图形设计。
3.名词解释3.1特性阻抗(C h a r a c t e r i s t i c I m p e d a n c e)：当一条导线与大地绝缘后，导线与大地彼此之间的阻抗。
3.2差分阻抗(D i f f e r e n t i a l I m p e d a n c e)：二条平行导线与大地绝缘后的阻抗，两条导线与大地彼此之间的阻抗。
4.阻抗控制的制作规格范围一般地，对于成品产品来说，我司控制的阻抗值的规格范围为±10%,如客户又特别要求，可根据客户设计的产品结构或客户要求的阻抗规格制作。
4.1 与阻抗控制计算有关的各个材质的计算参数如下：⑴. 芯板：介电常数为4.5±0.2操作中，根据客户要求，以及产品的需要，可向板材供应商了解芯板的具体层压结构，然后依照该芯板的Prepreg配方的介电常数来计算。
⑵. 7628 PrepregA、介电常数为4.5±0.2B、压合后的介质厚度为(内层100%残铜理论值)：RC%47 压合后的介质厚度为190±10UM，RC%43 压合后的介质厚度为180±15UM。
⑶. 2116 PrepregA、介电常数为4.3±0.2B、压合后的介质厚度为(内层100%残铜理论值)：RC%54 压合后的介质厚度为118±10UM，RC%50 压合后的介质厚度为105±10UM。
⑷. 1080 PrepregA、介电常数为4.2±0.2B、压合后的介质厚度为(内层100%残铜理论值)：RC68% 压合后的介质厚度为71±8UM，RC%62 压合后的介质厚度为65±8UM。
⑸. 当选用几种Prepreg同时压合时，则采用最高的介电常数与最低的介电常数的平均值进行计算。
PCB阻抗设计参考
PCB阻抗设计参考PCB阻抗设计在电路板的布局和信号传输中起着关键作用。
准确控制PCB阻抗可以避免信号失真、干扰和反射，从而提高电路的性能和可靠性。
本文将介绍PCB阻抗设计的参考指南，包括阻抗定义、计算方法、常见问题和解决方案等。
一、阻抗定义二、阻抗计算方法1.微带线阻抗计算微带线是一种常用的导线结构，由一层导体贴在绝缘基板上形成。
它的阻抗取决于导线的宽度、厚度、介电常数和信号频率。
常用的计算公式有EMPIRICAL、NEHARI、WADSWORTH等。
2.差分微带线阻抗计算差分微带线由两个平行的微带线组成，可以用于高速差分信号传输。
由于差分模式下的返回路径电流的抵消作用，它具有较低的辐射和串扰噪声。
差分微带线的阻抗计算需要考虑线宽、间距、厚度等参数。
3.同轴线阻抗计算同轴线是一种由内导体、绝缘层和外导体组成的导线结构，常用于高频信号传输。
同轴线的阻抗计算与微带线的方法类似，但需要考虑内外导体的尺寸和材料特性。
4.斑点线阻抗计算斑点线是一种用于高频和微波应用的导线结构，由封闭的金属环组成。
它的阻抗计算较为复杂，需要考虑金属环的几何形状、内外直径、材料特性等。
三、常见问题和解决方案1.阻抗匹配在高速信号传输中，阻抗匹配非常重要。
当信号源和负载之间的阻抗不匹配时，会产生信号反射和传输损耗。
为了避免阻抗不匹配，可以使用匹配电路、同轴线、差分信号等技术。
2.阻抗控制3.阻抗测试在PCB制造过程中，阻抗测试是一项必要的工序。
常用的测试方法有时域反射法（TDR）、嵌入式测试点法（ETP）、特定阻抗法等。
测试结果应与设计要求进行比较，以确保阻抗控制的准确性。
4.阻抗匹配网络当设计中存在阻抗不匹配时，可以使用阻抗匹配网络来实现阻抗转换。
常用的匹配网络包括LC匹配电路、微带线转换器等。
匹配网络的设计需要考虑频率响应、信号损耗、功率容量等因素。
综上所述，PCB阻抗设计是电路板设计中的重要环节。
准确控制PCB阻抗可以提高电路性能和可靠性，减少信号失真和干扰。
PCB CAM工艺 Genesis2000 差分阻抗
应用注释使用泰克CSA8000系列示波器测量差分阻抗泰克CSA8000 /TDS8000系列示波器可以用于测量差分电路阻抗。
由于测量结果本身以及这些阻抗定义所使用的各种术语与概念，阐明其中包含的意义以及如何分析测量结果显得非常重要。
可以通过多种方式描绘差分线路的特点。
在测量中使用许多典型的术语，比如特性阻抗、差分阻抗、共模阻抗、奇模阻抗和偶模阻抗等等。
由于特性阻抗、差分阻抗和共模阻抗的定义含糊不清，泰克CSA8000系列示波器使用了两个明确定义的术语：奇模阻抗和偶模阻抗。
奇模阻抗是特性阻抗或差分阻抗的一半；而偶模则是共模阻抗的两倍。
本应用注释阐述了这些与阻抗有关的术语，以及泰克CSA8000和TDS8000系列示波器是如何完成差分阻抗测量的。
同一条差分线路中两条导线间的阻抗可以使用三个电阻器模型建模，其中包括π模型和T模型，两种模型的输出特性完全相同（见图1）。
这两种模型的使用有助于理解阻抗测量中的一些术语，比如特性阻抗、差分阻抗、共模阻抗、奇模阻抗以及偶模阻抗等等。
注: 为了简化上述模型与概念，本应用注释中假设使用参考接地相同的平衡线路。
a) π模型 b) T模型图1: 差分线路阻抗中的π模型与T模型Zo 是电缆规范中常用的术语，它代表非接地状态下两条导线之间的阻抗，图1中的π模型和T 模型显示了当接地参照点取消后，前一模型中的Rb 以及后一模型中的R2均会消失。
图中Rai 和R1i 分别代表Ra 与R1的新值。
模型中显示出特性阻抗Zo 与Rai (π模型) 或R1i (T 模型) 相等。
差分阻抗Zdiff 定义为两条导线之间的阻抗。
图3显示了分别利用π模型和T 模型计算差分阻抗所得到的结果：Zdiff = Ra||(2Rb) (π模型) 或2R1(T 模型)。
在无接地耦合的特殊条件下，差分阻抗与特性阻抗相等。
共模阻抗Zcm 定义为当两条导线相连时，两条导线与接地点之间的阻抗。
图4显示了使用π模型和T 模型计算共模阻抗，从而得到公式：Zcm = Rb/2 (π模型）或Zcm = R1/2 + R2 (T 模型）。
PCB阻抗测量技术
PCB阻抗测量技术安捷伦科技（中国）有限公司：孙灯亮PCB传输线的特征阻抗和差分阻抗现代的智能手机，计算机，通信设备等电子产品都内含复杂的PCB，这些PCB上的传输线负责把各种芯片连接在一起，并进行互相通信。
图1 现代高速电路中的传输线互连衡量PCB上传输线的最重要指标是特征阻抗，或叫特性阻抗，简称阻抗。
PCB传输线的特征阻抗不是直流电阻，它属于长线传输中的概念。
在高频范围内，信号传输过程中，信号边沿到达的地方，信号线和参考平面（电源或地平面）间由于电场的建立，会产生一个瞬间电流，如果传输线是各向同性的，那么只要信号在传输，就始终存在一个瞬态电流I，而如果信号的瞬态电压为V，在信号传输过程中，传输线就会等效成一个电阻，大小为，把这个等效的电阻称为传输线的特性阻抗。
信号在传输的过程中，如果传输路径上的特性阻抗发生变化，信号就会在阻抗不连续的结点产生反射。
图2 传输线用等效的集中参数电路RLCG描述传输线的特征阻抗主要与传输线的结构有关系。
把传输线分成一小段一下段，如图2所示，每一段用等效的集中参数RLCG电路表示，传输线即可用电报方程来表达：电报方程的通解为：其中：为传播常数为特征阻抗由于R, G 远小于jwL，jwC，所以通常所说的特征阻抗或阻抗是指：这个是最终的特征阻抗公式，从公式中可见，传输线的特征阻抗只与寄生电感和寄生电容有关，而与频率没有关系，单位也直接用欧姆来表示。
寄生电感和寄生电容与传输线结构和介电常数有关，而介电常数与频率也有一些关系，所以特征阻抗与频率也有微弱的关系。
PCB中常见的几种传输线结构如图3所示。
图3 PCB中常见的单端传输线结构微带线指的是处于PCB板外层的线路。
微带线的电场穿透两种不同的介电质，相对较难控制阻抗。
空气的介电常数较PCB为低，所以整体微带线的等效介电常数较低（约为2）。
信号在微带线上的传输速率较快（约为每英寸145ps）。
因为在微带线分布在PCB的表面，可以节省层数进行高密度布线，但是较容易受到干扰。
pcb板差分阻抗
pcb板差分阻抗
PCB板的差分阻抗是指在差分信号传输中，两个相互作用的导线之间的阻抗。
差分信号通常用于高速数字信号传输，如高速数据通信和高速串行通信。
差分阻抗的大小对信号传输的质量和稳定性有很大影响。
如果差分阻抗过高，信号可能会受到反射和干扰；如果差分阻抗过低，信号可能会衰减和失真。
差分阻抗由以下几个因素决定：
1. 板材介电常数：PCB板材的介电常数会影响信号在导线之间传播的速度，进而影响差分阻抗的大小。
2. 导线宽度和间距：较宽的导线和较小的间距会导致较低的差分阻抗；较窄的导线和较大的间距则会导致较高的差分阻抗。
3. 导线厚度：较厚的导线会导致较低的差分阻抗；较薄的导线则会导致较高的差分阻抗。
4. 板层结构：PCB板的层结构也会对差分阻抗产生影响。
在多层板中，信号和地层之间的距离会影响差分阻抗的大小。
为了确保差分信号的传输质量，设计者可以通过选择合适的板材、导线宽度和间距，以及合理的板层结构来控制差分阻抗。
此外，使用专用的设计软件和良好的布局规则也能帮助设计者准确计算和控制差分阻抗。
基于TDR规范的阻抗差分阻抗测试方法及应用
目前世界上能够满足此要求的只有：TDS8000B+80E04 TDR
差分TDR测量：TDS8000B+80E04差分TDR 测量操作步骤
在Setup里打开TDR，进行Autoset，进
行矢量显示，进行平均； 与单线TDR不同之处是选中C3、C4，改 变TDR脉冲极性，如左图； 关闭窗口，调节放大被测传输线部分； 点中左上角的fx，在M1函数里输入 C3+C4，得出M1曲线，打开Cursor或用 自动测量测试M1的阻抗值为差分阻抗值 。如下页图所示：
TDR 基础：TDR分辨率
看下面图，理想的TDR曲线应该是实心的曲线，但是实 测 际量显示的结果却是虚心的曲线，这是为什么呢？这是因 为TDR分辨率不足所 致。 Z0 Z1, tD Z0
ρ
tr(system)
2tD
t01 t12
显示的时间
TDR 基础：TDR分辨率
多种因素影响着TDR系统分辨间隔紧密的不连续点的能力 。如果TDR系统的分辨率不足，间隔小或间隔紧密的不连 续点可以平滑成波形中的一个畸变。这种效应不仅会隐藏 某些不连续性，还可能会导致阻抗读数不准确。 TDR测量时发出的阶跃脉冲的上升时间是影响TDR分辨率 最关键因素： 的
差分TDR测量：差分和共模的电场、磁场
下面是一个差分驱动和共模驱动的图示，图中显示了相应 的电场、磁场分布。
差分TDR测量：齐模、偶模阻抗图示
下面是齐模/差分，偶模/共模阻抗的图示。
差分TDR测量：差分阻抗测试方法
TDR 规范在13页 " 7.1" 介绍了差分TDR 的原理： Differential TDR instrumentation injects two equal pulses of opposite polarity into the coupled transmission lines ??，如下面图示：
PCB阻抗测量技术
PCB阻抗测量技术安捷伦科技（中国）有限公司：孙灯亮PCB传输线的特征阻抗和差分阻抗现代的智能手机，计算机，通信设备等电子产品都内含复杂的PCB，这些PCB上的传输线负责把各种芯片连接在一起，并进行互相通信。
图1 现代高速电路中的传输线互连衡量PCB上传输线的最重要指标是特征阻抗，或叫特性阻抗，简称阻抗。
PCB传输线的特征阻抗不是直流电阻，它属于长线传输中的概念。
在高频范围内，信号传输过程中，信号边沿到达的地方，信号线和参考平面（电源或地平面）间由于电场的建立，会产生一个瞬间电流，如果传输线是各向同性的，那么只要信号在传输，就始终存在一个瞬态电流I，而如果信号的瞬态电压为V，在信号传输过程中，传输线就会等效成一个电阻，大小为，把这个等效的电阻称为传输线的特性阻抗。
信号在传输的过程中，如果传输路径上的特性阻抗发生变化，信号就会在阻抗不连续的结点产生反射。
图2 传输线用等效的集中参数电路RLCG描述传输线的特征阻抗主要与传输线的结构有关系。
把传输线分成一小段一下段，如图2所示，每一段用等效的集中参数RLCG电路表示，传输线即可用电报方程来表达：电报方程的通解为：其中：为传播常数为特征阻抗由于R, G 远小于jwL，jwC，所以通常所说的特征阻抗或阻抗是指：这个是最终的特征阻抗公式，从公式中可见，传输线的特征阻抗只与寄生电感和寄生电容有关，而与频率没有关系，单位也直接用欧姆来表示。
寄生电感和寄生电容与传输线结构和介电常数有关，而介电常数与频率也有一些关系，所以特征阻抗与频率也有微弱的关系。
PCB中常见的几种传输线结构如图3所示。
图3 PCB中常见的单端传输线结构微带线指的是处于PCB板外层的线路。
微带线的电场穿透两种不同的介电质，相对较难控制阻抗。
空气的介电常数较PCB为低，所以整体微带线的等效介电常数较低（约为2）。
信号在微带线上的传输速率较快（约为每英寸145ps）。
因为在微带线分布在PCB的表面，可以节省层数进行高密度布线，但是较容易受到干扰。
PCB线路阻抗的特性及测试方法
PCB线路阻抗的特性及测试方法1.线路的阻抗对电池来说，当信号沿着传输线传播，并且每隔0.01纳秒对连续0.06英寸传输线段进行充电。
从电源获得恒定的电流时，传输线看起来像一个阻抗器，并且它的阻抗值恒定，这可称为传输线路的“浪涌”阻抗(surge impedance)。
同样地，当信号沿着线路传播时，在下一步之前，0.01纳秒之内，哪一种电流能把这一步的电压提高到1伏特?这就涉及到瞬时阻抗的概念。
从电池的角度看时，如果信号以一种稳定的速度沿着传输线传播，并且传输线具有相同的横截面，那么在0.01纳秒中每前进一步需要相同的电荷量，以产生相同的信号电压。
当沿着这条线前进时，会产生同样的瞬时阻抗，这被视为传输线的一种特性，被称为特性阻抗。
如果信号在传递过程的每一步的特性阻抗相同，那么该传输线可认为是可控阻抗传输线。
瞬时阻抗或特性阻抗，对信号传递质量而言非常重要。
在传递过程中，如果下一步的阻抗和上一步的阻抗相等，工作可顺利进行，但若阻抗发生变化，那会出现一些问题。
为了达到最佳信号质量，内部连接的设计目标是在信号传递过程中尽量保持阻抗稳定，首先必须保持传输线特性阻抗的稳定，因此，可控阻抗板的生产变得越来越重要。
另外，其它的方法如余线长度最短化、末端去除和整线使用，也用来保持信号传递中瞬时阻抗的稳定。
2.特性阻抗的计算简单的特性阻抗模型：Z=V/I，Z代表信号传递过程中每一步的阻抗，V代表信号进入传输线时的电压，I代表电流。
I=±Q/±t，Q代表电量，t代表每一步的时间。
电量(来源于电池)：±Q=±C×V，C代表电容，V代表电压。
电容可以用传输线单位长度容量CL和信号传递速度v来推导。
单位引脚的长度值当作速度，再乘以每步所需时间t，则得到公式：±C=CL×v×(±)t.综合以上各项，我们可以得出特性阻抗：Z=V/I=V/(±Q/±t)=V/(±C ×V/±t)=V/(CL×v×(±)t×V/±t)=1/(CL×v)可以看出，特性阻抗跟传输线单位长度容量和信号传递速度有关。
PCB阻抗测量技术
PCB阻抗测量技术安捷伦科技（中国）有限公司：孙灯亮PCB传输线的特征阻抗和差分阻抗现代的智能手机，计算机，通信设备等电子产品都内含复杂的PCB，这些PCB上的传输线负责把各种芯片连接在一起，并进行互相通信。
图1 现代高速电路中的传输线互连衡量PCB上传输线的最重要指标是特征阻抗，或叫特性阻抗，简称阻抗。
PCB传输线的特征阻抗不是直流电阻，它属于长线传输中的概念。
在高频范围内，信号传输过程中，信号边沿到达的地方，信号线和参考平面（电源或地平面）间由于电场的建立，会产生一个瞬间电流，如果传输线是各向同性的，那么只要信号在传输，就始终存在一个瞬态电流I，而如果信号的瞬态电压为V，在信号传输过程中，传输线就会等效成一个电阻，大小为，把这个等效的电阻称为传输线的特性阻抗。
信号在传输的过程中，如果传输路径上的特性阻抗发生变化，信号就会在阻抗不连续的结点产生反射。
图2 传输线用等效的集中参数电路RLCG描述传输线的特征阻抗主要与传输线的结构有关系。
把传输线分成一小段一下段，如图2所示，每一段用等效的集中参数RLCG电路表示，传输线即可用电报方程来表达：电报方程的通解为：其中：为传播常数为特征阻抗由于R, G 远小于jwL，jwC，所以通常所说的特征阻抗或阻抗是指：这个是最终的特征阻抗公式，从公式中可见，传输线的特征阻抗只与寄生电感和寄生电容有关，而与频率没有关系，单位也直接用欧姆来表示。
寄生电感和寄生电容与传输线结构和介电常数有关，而介电常数与频率也有一些关系，所以特征阻抗与频率也有微弱的关系。
PCB中常见的几种传输线结构如图3所示。
图3 PCB中常见的单端传输线结构微带线指的是处于PCB板外层的线路。
微带线的电场穿透两种不同的介电质，相对较难控制阻抗。
空气的介电常数较PCB为低，所以整体微带线的等效介电常数较低（约为2）。
信号在微带线上的传输速率较快（约为每英寸145ps）。
因为在微带线分布在PCB的表面，可以节省层数进行高密度布线，但是较容易受到干扰。
TDR-4949差分阻抗测试技术
PCB电路板差分阻抗测试技术为了提高传输速率和传输距离，计算机和通讯产业正逐步转移到高速串列总线，在芯片-芯片、板卡-板卡与背板间实现高速互连。
这些高速串列总线的速率正从过去USB2.0、LVDS及FireWire1394的几百Mbps，提升到当前PCI-Express G1/G2、SATA G1/G2、XAUI/2XAUI、XFI的数Gbps，甚至达10Gbps，这意味着计算机与通讯业的PCB厂商对差分走线的阻抗控制要求将越来越高，因此使PCB制造商及高速PCB设计人员面临前所未有的挑战。
本文将结合PCB业界的测试标准IPC-TM-650手册，讨论真实差分TDR测试方法的原理及特点。
IPC-TM-650测试手册是一套全面性PCB产业测试规格，从PCB的机械特性、化学特性、物理特性、电气特性、环境特性等方面提供了详尽测试方法及测试要求。
该手册的2.5节描述了PCB电气特性，而其中的2.5.5.7a则全面介绍了PCB特征阻抗测试方法和相应的测试仪器要求，并包含了单端走线和差分走线的阻抗测试。
TDR基本原理图1是一个阶跃讯号在传输线(如PCB走线)上传输时的示意图。
而传输线是透过电介质与GND分隔的，就像无数个微小的电容器并联。
当电讯号到达某个位置时，就会使该位置上的电压产生变化，如同为电容器充电。
由于传输线在此位置上具备对地电流回路，因此会产生阻抗。
但该阻抗只有阶跃讯号自身才能感觉到，这就是所谓的特征阻抗。
当传输线上出现阻抗不连续的现象时，在阻抗变化之处的阶跃讯号就会产生反射现象，若对反射讯号进行取样并显示在示波器荧幕上，就会得到图2所示的波形，该波形显示了一条被测试的传输线在不同位置上的阻抗变化。
我们可以比较图2中的两个波形。
这是使用两台分辨率不同的TDR设备在测试同一条传输线时获得的测试结果。
两款设备对传输线阻抗变化的反映不同，一个明显而另一个不明显。
TDR设备感测传输线阻抗不连续的分辨率主要取决于TDR设备发出之阶跃讯号上升时间的快慢，快的上升时间可获得高分辨率。
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PCB的差分阻抗测试技术摘要：TDR（Time Domain Reflectometry）是PCB行业检测产品的特征阻抗是否符合或达到预计要求的最主要的测试方法。
随着计算机和通信系统的串行总线速度显著提高，对PCB 走线特别是差分走线的阻抗控制提出了更高的要求。
如何验证PCB中差分走线的特征阻抗是否达到设计要求成为了PCB生产商以及高速数字电路设计人员必须关注的问题。
本文结合PCB行业公认的测试标IPC-TM-650手册，重点讨论真差分TDR测试方法的原理以及特点。
一、引言为了提高传输速率和传输距离，计算机行业和通信行业越来越多的采用高速串行总线。
在芯片之间、板卡之间、背板和业务板之间实现高速互联。
这些高速串行总线的速率从以往USB2.0、LVDS以及FireWire1394的几百Mbps到今天的PCI-Express G1/G2、SATAG1/G2、XAUI/2XAUI、XFI的几个Gbps乃至10Gbps。
计算机以及通信行业的PCB客户对差分走线的阻抗控制要求越来越高。
这使PCB生产商以及高速PCB设计人员所面临的前所未有的挑战。
本文结合PCB行业公认的测试标准IPCTM-650手册，重点讨论真差分TDR 测试方法的原理以及特点。
二、IPC-TM-650手册以及PCB特征阻抗测试背景IPC-TM-650测试手册是一套非常全面的PCB行业测试规范，从PCB的机械特性、化学特性、物理特性、电气特性、环境特性等各方面给出了非常详尽的测试方法以及测试要求。
其中PCB板电气特性要求在第2.5节中描述，而其中的2.5.5.7a(IPCTM-650官方网站下载链接/4.0_Knowledge/4.1_Standards/test/2-5-5-7a.pdf)则全面的介绍了PCB特征阻抗测试方法和对相应的测试仪器要求，重点包括单端走线和差分走线的阻抗测试。
三、TDR的基本原理及IPC-TM-650对TDR设备的基本要求3.1TDR的基本原理图1是一个阶跃信号在传输线(如PCB的走线)上传输时的示意图。
而传输线是通过电介质与GND分隔的，就像无数个微小的电容的并联。
电信号到达某个位置时，就会令该位置上的电压产生变化，就像是给电容充电。
因此，传输线在此位置上是有对地的电流回路的，因此就有阻抗的存在。
但是该阻抗只有阶跃信号自身才能“感觉到”，这就是我们所说的特征阻抗。
当传输线上出现阻抗不连续的现象时，在阻抗变化的地方阶跃信号就会产生反射的现象，如果将反射信号进行取样并显示在示波器的屏幕上，就会得出如图2所示的波形，从波形中我们可以看出一条被测试的传输线在不同位置上的阻抗变化。
同时我们可以比较图2中的两个波形。
这是使用两台分辨率不同的TDR设备在测试同一条传输线时获得的测试结果。
对于传输线阻抗变化的反映一个明显而另一个不明显。
TDR设备感知传输线阻抗不连续的分辨率取决于TDR设备所发出的阶跃信号上升时间的快慢，上升时间快所获得的分辨率就高。
而TDR设备的上升时间往往和测试系统的带宽紧密相关，带宽高的测试系统有更快的上升时间。
从另外一个角度来考虑，TDR设备的系统带宽限制了TDR测试的分辨率。
在IPC-TM-650测试手册中对TDR设备的上升时间是按照系统上升时间(tsys)来定义的。
当我们要测量一台TDR设备的系统上升时间时，我们可以短路一台TDR设备的输出，此时可以测出该TDR设备的(tsys)(上升时间以及下降时间)。
例如图3的TDR设备的系统上升时间就高达28ps左右。
图4是另一台TDR设备的系统上升/下降时间的测试结果，系统的上升/下降时间在38ps～40ps之间。
可见不同的TDR设备在系统上升/下降时间上是有很大的区别的，由此带来的就是传输线阻抗测试分辨率的很大不同。
系统上升时间和分辨率的关系可以用下列的公式来描述：Resolution=(tsys*V)/2，V为电信号在被测试传输线上的传输速率。
为了方便测试者了解TDR测试的分辨率以及PCB板走线的最小测试长度，在IPC-TM-650测试手册的表4-1(图5)中给出了速查数据。
3.2IPC-TM-650手册对差分TDR设备的基本要求IPC-TM-650测试手册是一套非常全面的PCB行业测试规范，从PCB的机械特性、化学特性、物理特性、电气特性、环境特性等各方面给出了非常详尽的测试方法以及测试要求。
在以往的IPC-TM-650手册中，对PCB差分TDR测试的要求较为宽松。
手册中允许测试者根据TDR测试设备的情况使用两种不同的方法。
方法一：当测试者拥有差分TDR测试设备时，测试设备同时打出两个幅度相等、方向相反的阶跃脉冲，并通过这对差分信号的相互作用直接测出差分走线的阻抗。
方法二：当测试者没有差分TDR测试设备时，测试设备在差分走线(A线与B线)时，先在A线上打出阶跃信号，测试A阶跃信号在A线上的反射特性记作AA，同时测出A阶跃信号在B线上的感应信号，记录为BA。
随后，在B线上打出阶跃信号，测试B阶跃信号在B线上的反射特性记作BB，同时测出B阶跃信号在A线上的感应信号，记录为AB。
通过对获得的AA、AB、BB、BA四个数值进行计算可以得出差分走线的阻抗。
该方法又叫做“Super-Position”。
但是在目前最新版本(2004年3月版)的IPC-TM-650手册中，仅仅保留了方法一中的真差分TDR测试描述。
而不再有方法二的“伪差分”TDR测试方法的描述。
四、两种差分TDR测试方法的对比方法一：真差分测试法如图6所示：阶跃信号A和阶跃信号B是一对方向相反、幅度相等且同时发出的差分阶跃信号。
我们不但在差分TDR设备上看到差分的阶跃信号，而且当我们使用一台实时示波器来观测这对阶跃信号时可以证实这是真正的差分信号。
由于注入DUT(被测设备)中的TDR阶跃脉冲是差分信号，因此TDR设备可以直接测出差分走线的特征阻抗。
使用差分阶跃信号进行真差分TDR测试，给使用者带来的最大好处就是可以实现虚拟接地，如图7所示。
由于差分走线和差分信号是平衡的，差分信号的中心电压点和地平面是等电势的，因此在使用差分阶跃信号进行差分TDR测试时，只要保证通道A和通道B共地，是不需要与DUT之间接地的。
方法二：“Super-Position”法(伪差分)如图8所示，阶跃信号A和阶跃信号B不是同时打出的，且方向不是相反的，因此注入到DUT中的阶跃信号完全不是差分信号。
在这种“伪差分TDR”设备自身的屏幕上，往往会经过人为的软件调整，令我们看到的阶跃信号同时发出且方向相反的。
但是如果我们用一台实时示波器来观测这两个阶跃脉冲，我们可以看到如图9所示的波形，我们可以看出两个阶跃脉冲之间的真实时序关系，存在着2us的时间差。
也就是说这两个阶跃信号不是差分信号。
这样的TDR阶跃脉冲称为伪差分信号，因为它并没有真正实现一个高速差分信号的传输过程，即幅度相等，方向相反。
因此这种方法不能直接测出DUT的差分阻抗，只能使用软件计算的方法对差分阻抗测试进行模拟计算。
在TDR设备上得到经过计算后得到的2个幅度相等，极性相反阶跃脉冲。
这种差分TDR 测试带来的局限性是：差分信号之间同时的相互作用无法真实地获得；无法实现虚拟接地，在进行差分TDR测试时通道A和通道B的探头都必须有各自独立的接地点。
但是在PCB 板内部的真实差分走线附近往往找不到接地点，导致无法在PCB板子内部对真实的差分走线进行测量。
为了解决“伪差分”TDR设备难以实现对PCB板内部真实走线进行差分TDR测量的问题，一般的PCB生产商都会在PCB板的周围做上带有接地点的差分走线测试条，称之为“Coupon”，图10就是一个典型的PCB板，上方是测试用的“Coupon”，下方是板子内部的真实走线。
为了方便探头连接，测试点的间距一般做的很大，高达100mil(即2.54mm)，已经大大超过了差分走线的间距。
同时还在测试点的旁边会放置接地点，间距同样是100mil。
Coupon””测试的局限性与差异五、“Coupon从图10我们可以看到测试“coupon”和板内真实走线之间的差别：1、虽然走线间距、走线宽度是一致的，但是“coupon”测试点的间距固定为100mil(即最初的双列直插式IC的引脚间距)，而板内真实走线的末端(即芯片的引脚)间距是不同的，随着QFP、PLCC、BGA封装的出现，芯片的引脚间距都远小于双列直插式IC封装(即“coupon”测试点的间距)间距。
2、“coupon”走线是理想的直线，而板内真实走线往往是弯曲的、多样的。
PCB设计人员和生产人员很容易将“coupon”的走线理想化，但是PCB板上的真实走线则会因为各种各样的因素导致走线不规则化。
3、“coupon”和板内真实走线在整个PCB板上的位置不同。
“coupon”都位于PCB板边沿，在PCB板出厂时往往会被生产商去掉。
而板内真实走线的位置则是多样的，有的在靠近板子的边沿，有的位于板子的中央。
由于上述几个差异的存在，导致“coupon”的特征阻抗往往与板内真实走线阻抗存在如下的几个差异：第一，“coupon”测试点间距“coupon”走线的间距不同，会导致测试点与走线之间带来阻抗不连续。
而PCB板内的真实差分走线末端(即芯片的引脚)间距往往是与走线间距相等或者非常相近的。
由此会带来阻抗测试结果的不同。
第二，弯曲的走线与理想的走线所反映出来的阻抗变化是不一致的。
在走线弯曲转折的地方特征阻抗往往是不连续的，而“coupon”的理想化走线则不能反映由于走线弯曲所带来的阻抗不连续现象。
第三，“coupon”与真实的走线在PCB板上的位置不同。
目前的PCB板都采用多层走线的设计，在生产时需要经过压制。
当PCB板压制时，板子不同的位置所受到的压力不可能做到一致，这样制成的PCB板在不同的位置上介电常数往往不相同，特征阻抗也当然不同。
可见仅仅对PCB板的“coupon”进行TDR测试是不能完全反映PCB板内真实走线的真实特征阻抗的。
无论是PCB板的生产商还是高速电路设计者、制造者都希望能对PCB板内的真实高速差分走线直接进行TDR测试，获得最准确的特征阻抗信息。
阻碍真实测试的主要原因有以下两个：难以找到差分TDR探头的接地点，高速PCB设计人员不会在设计高速差分走线时在走线的末端(即芯片引脚)附近放置固定间距的接地点；差分走线的末端(即芯片的引脚)间距是多变的，必需要一个间距可调的差分探头来实现探测六、真差分TDR测试的优势我们之前讨论差分TDR测试方法时，我们了解到如果TDR设备发出的阶跃信号是差分信号，就可以实现虚拟接地，即差分TDR探头无需与被测试的PCB板接地。
只要测试者手中有一个间距可调的差分TDR探头即可完成测试。
图11是一个带宽高达18GHz的差分TDR探头在进行差分TDR测试时的情况。