專利名稱：一種二合一特性阻抗探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于PCB行業(yè)電路板阻抗測量領(lǐng)域。涉及一種阻抗探頭，具體地說是一種二合一特性阻抗探頭?？捎糜跁r域反射法(TDR)阻抗測量設(shè)備，如POLAR公司的CITS500，CITS800阻抗測量儀；泰克DSA8200數(shù)字串行采樣示波器。
背景技術(shù)：
特性阻抗是指高頻信號或電磁波在傳輸過程中，傳輸線上任一點的行波電壓與行波電流之比。通俗的說法是高頻信號或電磁波傳播時受到的阻力，它是電阻抗， 電容抗，電感抗的矢量和。目前通常將特性阻抗分為單端(Single ended)阻抗和差分 (D ifferential)阻抗兩種模式。使用兩臺分辨率不同的時域反射法(TDR)阻抗測量設(shè)備，在測試同一條傳輸線時獲得的測試結(jié)果。兩款設(shè)備對傳輸線阻抗變化的反映不同，一個明顯而另一個不明顯。TDR 設(shè)備感測傳輸線阻抗不連續(xù)的分辨率主要取決于TDR設(shè)備發(fā)出之階躍訊號上升時間的快慢，快的上升時間可獲得高分辨率。而TDR設(shè)備的上升時間往往和測試系統(tǒng)的帶寬相關(guān)，帶寬高的測試系統(tǒng)擁有更快的上升時間。TDR測試設(shè)備原理時域反射計是測試印制板特性阻抗最常用的儀器。實驗室測試用特性阻抗分析儀有泰克公司的數(shù)字串行采樣示波器，典型設(shè)備型號DSA8200數(shù)字串行采樣示波器；DSA8200數(shù)字串行采樣示波器主要功能是為通信、計算機(jī)和消費電子提供千兆位發(fā)射機(jī)和信號路徑檢定和一致性檢驗綜合工具。配置的TDR測試模塊具有50GHZ帶寬，15ps的反射上升時間，12ps的入射上升時間，噪聲小的特點，操作參數(shù)多，專業(yè)性要求高，適合科研院所實驗室使用。新推出的80E10和80E08TDR模塊集成獨立雙通道2米遠(yuǎn)程采樣器系統(tǒng)，最大限度降低了夾具影響。與CITS500相比，泰克DSA8200數(shù)字串行采樣示波器操作自動化不足。PCB行業(yè)生產(chǎn)線上常用的特性阻抗測量設(shè)備是POLAR公司的CITS系列阻抗測量系統(tǒng)。典型設(shè)備型號 CITS500, CITS800。CITS500提供單端和差分測量功能，帶用于撓性探針連接的兩個通道。CITS阻抗測試系統(tǒng)使用起來極為簡單方便。基于Windows的強(qiáng)大軟件使所有測試任務(wù)實現(xiàn)自動化， 單擊一下鼠標(biāo)或踩一下腳踏開關(guān)即可控制整個過程。你只需確定微帶測試探針的位置，選擇一個包含常規(guī)PCB測試阻抗和公差的測試文件，然后踩腳踏開關(guān)即可。不需要像DSA8200 那樣進(jìn)行任何調(diào)節(jié)，例如設(shè)置垂直增益值、脈沖延時值和時基值。CITS800可以自動執(zhí)行一系列阻抗測試，必要時提示你重新確定測試探針的位置。 CITS自動處理數(shù)據(jù)，清楚顯示隨距離而變的特征阻抗，給出通過/失敗狀態(tài)。特性阻抗探頭是阻抗測量信號傳遞到待測件(DUT)的最后一站，它的性能將最終決定特性阻抗測量的準(zhǔn)確性。特性阻抗探頭的核心設(shè)計是完整傳遞測量信號，因此要求阻抗匹配，插入損耗小，延遲小，接觸可靠。不同的DUT，阻抗值也不同，目前常見的DUT阻抗值是單端阻抗50歐姆，差分阻抗 100歐姆；單端阻抗值范圍25-100歐姆，差分阻抗值范圍50-200歐姆。嚴(yán)格的阻抗測試要求DUT阻抗值與探頭阻抗值完全一致，實際上DUT的阻抗值的寬范圍使得探頭設(shè)計不能做到阻抗完全匹配。一般情況下，根據(jù)測量范圍，單端探頭有觀， 50，75歐姆三種探頭可選擇，差分探頭有50，100，150歐姆可選擇。最常用探頭為50歐姆單端探頭，100歐姆差分探頭。例如，DSA8200的單端探頭型號為P8018、差分探頭型號為 P80318。CITS500的單端探頭型號為IP-50，差分探頭型號為IP-100 ；還有為內(nèi)存制造商定制的特定型號，如IP-觀單端探頭，阻抗值28歐姆。在特性阻抗的設(shè)計時，單獨實現(xiàn)單端50歐姆，差分100歐姆，相對容易，但同時實現(xiàn)單端和差分阻抗值匹配則十分困難。根據(jù)SI8000阻抗計算方案可知，差分100歐姆阻抗走線，其每根單端走線的阻抗值在52巧4歐姆左右，不能滿足50歐姆士 1%的誤差要求。原因是差分阻抗走線間的相互作用使差分阻抗值小于兩個單端阻抗值之和。必須消除差分阻抗線之間的相互作用，才能同時滿足單端50，差分100歐姆的要求。POLAR公司的單端探頭和差分探頭是分開設(shè)計的。常規(guī)的單端探頭例如IP-50探頭，要求探頭特性阻抗為50歐姆士 1%，線路均勻無畸變點。常規(guī)的差分阻抗探頭如IP-100 探頭，要求差分阻抗為100歐姆士 1%，線路均勻無畸變點。差分探頭IP-100有一對差分信號線，實際使用發(fā)現(xiàn)使用這一對信號線其中之一與地平面構(gòu)成單端阻抗探頭，可以用來測量單端阻抗。但問題是該差分探頭的兩根信號線的單端阻抗不是標(biāo)準(zhǔn)的50歐姆，單端阻抗一般小2-5歐姆，不能滿足單端阻抗探頭的精度要求，測量結(jié)果誤差大。特性阻抗又分為單端阻抗和差分阻抗兩種。測量特性阻抗的儀器主要有POLAR公司的CITS系列阻抗測試儀。如CITS500S，CITS800，CITS900等。該系列儀器配套有單端阻抗探頭和差分阻抗探頭兩種。測量不同類型的阻抗線路板需要切換不同的探頭。頻繁切換不同的探頭需要裝卸探頭和電纜線，對其SMA接口有明顯的磨損，時間不長，就會引起信號傳輸不良，導(dǎo)致測量精度下降。如果能夠?qū)崿F(xiàn)單端阻抗50歐姆士 1%，同時差分阻抗為100歐姆士 1%的目標(biāo)，就可
以制造出二合一探頭。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的提供一種隔離二合一阻抗探頭。該探頭是在差分阻抗探頭的基礎(chǔ)上對差分阻抗線實施了隔離屏蔽，保證差分信號間保持獨立傳輸，耦合少到可以忽略，因此差分阻抗是其單端阻抗的兩倍，能滿足分別做差分阻抗探頭和單端阻抗探頭的要求。本實用新型一個阻抗探頭兼具單端和差分阻抗功能，使用時切換兩種測量程序即可，更加方便，無需增加儀器通道。本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種二合一特性阻抗探頭，其特征在于該探頭包括外殼和置于外殼內(nèi)的阻抗電路板，在阻抗電路板上設(shè)有伸出外殼的第一探針A、第二探針B和第三探針G，第一探針A和第二探針B分別與阻抗電路板上的差分信號線A和差分信號線B連接，第三探針G與地平面連接；差分信號線A、差分信號線B與地平面構(gòu)成差分阻抗線；差分信號線A和差分信號線B間通過地平面隔離；差分信號線A和差分信號線B中的任意一根均與地平面共同構(gòu)成單端阻抗線；第一探針A和第二探針B中的任意一根均與第三探針G共同構(gòu)成單端阻抗測試探頭，第一探針A、第二探針B和第三探針G共同構(gòu)成差分阻抗測試探頭；在外殼上設(shè)有與阻抗電路板連接的SMA接口。 本實用新型中，差分信號線A和差分信號線B之間的隔離地平面與背面的地平面通過通孔相連，通孔間距不大于10mm，直徑0. Imm-Imm0阻抗電路板上差分信號線A與差分信號線B之間的間距相同。 本實用新型中，第一探針A、第二探針B和第三探針G的材質(zhì)為銅，表面鍍金，金層厚度 0. 3-10um。由于差分探頭的一對差分線的差分阻抗是100歐姆士 1%，但因為沒有信號屏蔽設(shè)計，每根單端走線的阻抗值受到另一根單端走線的耦合影響，導(dǎo)致單端阻抗值下降。只有屏蔽這種信號耦合，才能阻止阻抗下降，因此，信號屏蔽是實現(xiàn)二合一阻抗探頭的關(guān)鍵。本實用新型是在差分阻抗探頭的基礎(chǔ)上對差分阻抗線實施了隔離屏蔽。這種屏蔽結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是保證差分信號間保持獨立傳輸，耦合少到可以忽略。這樣，差分阻抗是其單端阻抗的兩倍，就能滿足分別做差分阻抗探頭和單端阻抗探頭的要求。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型采用了二合一阻抗探頭，一個阻抗探頭兼具單端和差分阻抗功能，使用時切換兩種測量程序即可，更加方便，無需增加儀器通道，提升了測量效率；切換測量模式時無須切換探頭和電纜，延長了探頭和電纜的使用壽命；本實用新型降低間隔緊密的阻抗不連續(xù)點引起的畸變，保證測量精度。本實用新型在同一個探頭上同時集成了單端阻抗測試功能和差分阻抗測試功能， 與TDR(時域反射法)阻抗測試設(shè)備配套使用，應(yīng)用于印制電路板線路的特性阻抗測量領(lǐng)域。

圖1是本實用新型的外形示意圖。圖2是本實用新型中第一探針A和第二探針B在阻抗電路板上的安裝示意圖。圖3是圖2的截面示意圖。圖4是本實用新型中第一探針A、第二探針B和第三探針G的組裝圖。
具體實施方式
一種本實用新型所述的二合一特性阻抗探頭，見圖1至圖4，該探頭包括外殼1和置于外殼1內(nèi)的阻抗電路板2，在阻抗電路板2上設(shè)有伸出外殼1的第一探針A、第二探針 B和第三探針G。第一探針A和第二探針B分別與阻抗電路板2上的差分信號線A和差分信號線B連接，第三探針G與地平面連接；差分信號線A、差分信號線B與地平面構(gòu)成差分阻抗線；差分信號線A和差分信號線B間通過地平面4隔離；差分信號線A和差分信號線B 中的任意一根均與地平面共同構(gòu)成單端阻抗線；第一探針A和第二探針B中的任意一根均與第三探針G共同構(gòu)成單端阻抗測試探頭，第一探針A、第二探針B和第三探針G共同構(gòu)成差分阻抗測試探頭；在外殼上設(shè)有兩個與阻抗電路板連接的SMA接口 3。差分信號線A和差分信號線B之間的隔離地平面與背面的地平面通過通孔5相連，通孔間距不大于10mm，直徑0. lmm-lmm。阻抗電路板上差分信號線A與差分信號線B之間的間距相同。阻抗設(shè)計設(shè)計2個50歐姆的單端阻抗線，結(jié)構(gòu)為表面微帶線，如圖2所示。阻抗線A和阻抗線B設(shè)計阻抗值均為50歐姆。屏蔽設(shè)計在A，B之間設(shè)有地平面隔離通孔。截面圖如圖3所示。探針設(shè)計探針組裝圖如圖4所示。經(jīng)過實際測試，探頭只需安裝1根接地探針。 這種設(shè)計的優(yōu)點是探針對位更方便，結(jié)果也更穩(wěn)定；同時降低了探針間由于對位不準(zhǔn)而損壞的幾率。探針的材質(zhì)非常重要，采用鍍金方案能夠保證探針長期使用。第一探針A、第二探針B和第三探針G的材質(zhì)均為銅，表面鍍金，金層厚度0. 3-10um。SMA接口設(shè)計在A，B通道設(shè)有SMA接口。兩個SMA接口與探頭的阻抗電路板共地連接，18GHZ測量頻率下插入損耗0-3db，典型值2db，駐波比1.0-1. 2，典型值1. 1。電路板設(shè)計實現(xiàn)一款阻抗電路板，雙面板，通孔電鍍，設(shè)計一對有地面屏蔽的特性阻抗線。兩邊及中間的屏蔽地用通孔連接，每IOmm —個通孔，通孔鉆刀直徑300um，鋪滿整個coupon長度(開窗區(qū)域除外)，兩邊接地通孔分布靠近阻抗線一側(cè)。由一對特性阻抗線對地構(gòu)成差分阻抗，差分阻抗值要求100士 1歐姆，需同時滿足單根特性阻抗值要求:50士0. 5歐姆。參數(shù)如下電路板總厚度1. 4mm。差分信號焊盤默認(rèn)中心間距5. 08mm。信號層 雙卡口端信號線焊盤統(tǒng)一尺寸為1.5*4mm，地線焊盤統(tǒng)一尺寸為1. 5*4mm。單卡口端信號線焊盤統(tǒng)一尺寸1.5*8mm。地線焊盤統(tǒng)一尺寸為1. 5*8mm。信號線轉(zhuǎn)折角45度。探頭組裝如圖1所示，測量探頭包括外殼1，置于外殼1內(nèi)的電路板2，置于外殼1內(nèi)電路板上的SMA接口 3，3根相互平行的探針A、B、G，安裝在電路板上，針尖伸出到外殼外，A、B探針安裝在信號面焊盤上，G探針的安裝在電路板的地面焊盤上，焊盤間距由待測樣品DUT的尺寸要求設(shè)定。兩個SMA接口與探頭的阻抗電路板共地連接，18GHZ測量頻率下插入損耗 0-3db，典型值2db，駐波比1.0-1. 2，典型值1. 1。探針的安裝間距，隨待測樣品DUT的間距設(shè)置變化而變化。典型值A(chǔ)，B針中心距 5. 08mm, A, G針垂直中心間距2. 54mm，水平中心間距2. Mmm。圖4中，G針代表地平面針， A，B針代表信號針。A，G針構(gòu)成單端阻抗探頭，A，B，G針構(gòu)成差分阻抗探頭。測量差分阻抗時，將A，B，G針插入對應(yīng)的孔位測量即可。測量特性阻抗時。將A，G號針插入對應(yīng)的孔位測量，B號針插在旁邊的空位即可。本實用新型采用了二合一阻抗探頭，一個阻抗探頭兼具單端和差分阻抗功能，使用時切換兩種測量程序即可，更加方便，無需增加儀器通道。
權(quán)利要求1.一種二合一特性阻抗探頭，其特征在于該探頭包括外殼(1)和置于外殼(1)內(nèi)的阻抗電路板(2)，在阻抗電路板(2)上設(shè)有伸出外殼(1)的第一探針A、第二探針B和第三探針 G，第一探針A和第二探針B分別與阻抗電路板(2)上的差分信號線A和差分信號線B連接， 第三探針G與地平面連接；差分信號線A、差分信號線B與地平面構(gòu)成差分阻抗線；差分信號線A和差分信號線B間通過地平面(4)隔離；差分信號線A和差分信號線B中的任意一根均與地平面共同構(gòu)成單端阻抗線；第一探針A和第二探針B中的任意一根均與第三探針 G共同構(gòu)成單端阻抗測試探頭，第一探針A、第二探針B和第三探針G共同構(gòu)成差分阻抗測試探頭；在外殼(1)上設(shè)有與阻抗電路板(2)連接的SMA接口( 3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二合一特性阻抗探頭，其特征在于差分信號線A和差分信號線B之間的隔離地平面與背面的地平面通過通孔(5)相連，通孔(5)間距不大于10mm，直徑 0.Imm-Imm0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二合一特性阻抗探頭，其特征在于阻抗電路板(2)上差分信號線A與差分信號線B之間的間距相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二合一特性阻抗探頭，其特征在于第一探針A、第二探針B 和第三探針G的材質(zhì)為銅，表面鍍金，金層厚度0. 3-10um。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二合一特性阻抗探頭，其特征在于SMA接口(3)為兩個，均與阻抗電路板(2)連接。
專利摘要本實用新型公開了一種二合一特性阻抗探頭，該探頭包括外殼和置于外殼內(nèi)的阻抗電路板，在阻抗電路板上設(shè)有伸出外殼的探針A、B和G，A和B分別與阻抗電路板上的差分信號線A和差分信號線B連接，探針G與地平面連接；差分信號線A、差分信號線B與地平面構(gòu)成差分阻抗線；差分信號線A和差分信號線B間通過地平面隔離；差分信號線A和差分信號線B中的任意一根均與地平面共同構(gòu)成單端阻抗線；探針A和B中的任意一根均與探針G共同構(gòu)成單端阻抗測試探頭，探針A、B和探針G共同構(gòu)成差分阻抗測試探頭；在外殼上設(shè)有SMA接口。本實用新型具有二合一復(fù)合功能，提升了測量效率，延長了使用壽命，保證了測量精度。
文檔編號G01R27/02GK202256606SQ20112033551
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者葉菊珍 申請人:南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院