本發(fā)明涉及一種取得電路特性的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電路傳輸線的特性阻抗獲取方法。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)今的科技中，高頻運行的電子元件扮演著極其重要的角色。隨著運行頻率的快速提升，在印刷電路板(pcb)本身、集成電路(ic)的構(gòu)裝，以及背板(backplane)與連接器等用于實際連接主動元件或電源的連接結(jié)構(gòu)(interconnectionstructure)中，由于信號傳輸結(jié)構(gòu)的電氣特性所造成的信號完整度(signalintegrity)、電源完整性(powerintegrity)及電磁干擾(electromagneticinterference)等問題日趨嚴重，使得硬件制造的困難度與成本都逐漸上升。

要解決前述的問題，就必須先了解問題產(chǎn)生的原因。其中，傳輸線的特性阻抗(characteristicimpedance)在信號傳輸效率上是一個非常重要的可控制因素。

為了掌握傳輸線的特性阻抗，高頻的測量技術(shù)不斷地推陳出新。其中一種測量技術(shù)是在pcb板子邊緣放置sma(subminiaturea)接頭以當作測量信號的輸入與輸出點。然而，這種測量技術(shù)卻有尺寸上的限制。舉例來說，當所有的輸入及輸出接頭為sma、3.5mm或2.92mm母接頭的時候，從一個接頭信號端至另一個接頭的信號端之間的距離至少就需要保持在12mm以上，以免因為3.5mm接頭彼此觸碰而導致無法連接3.5mm(或sma)接頭。在另一個例子中，當使用尼爾-康賽曼(bnc-bayonetneill-concelman)同軸電纜接頭的時候，從一個接頭信號端到另一個接頭信號端之間的距離就至少需要保持在20mm以上，以免無法連接bnc同軸電纜接頭。

為了解決上述的限制，現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展出了高頻且低成本的探針來測量 高速pcb信號線的性能。請參照圖1，此種探針10是由sma接頭12與針14所組成。在測試的時候，測試員會分別在高速/高頻信號線的兩端各放置一支探針10，以令一支探針10為信號輸入點，而另一支探針10則為信號輸出點，如此即可利用向量網(wǎng)絡(luò)分析儀(vna，vectornetworkanalyzer)來進行特性阻抗(例如s參數(shù)，s-parameter)的測量。然而，利用向量網(wǎng)絡(luò)分析儀所量到的特性阻抗數(shù)據(jù)，會成為向量網(wǎng)絡(luò)分析儀本身內(nèi)部各元件、連接用的同軸電纜(cable)、各連接頭、探針10以及高速pcb信號線的各自特性阻抗的總和。

由于進行測量的目的是要知道待測物(例如高速pcb信號線)的特性阻抗，因此必須對測量儀器進行校準(calibration)操作。向量網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準操作是先使用阻抗特性已知或部分阻抗特性已知的待測物來進行測量，并用所得到的測量值修正測量系統(tǒng)的誤差(例如前述提到的向量網(wǎng)絡(luò)分析儀本身內(nèi)部各元件、連接用的同軸電纜、各連接頭及探針等的特性阻抗)，以將參考面(referenceplane)建立至探針的針頭處(如圖1所示的針頭14a)。

在前述校準時，一般采用的手段包括了利用斷路(open)、短路(short)、負載(load)以及直通傳輸線(thru)等四種方式進行特性阻抗的測量，以將參考面推進到探針的針尖處。這些特殊的測量方式可以由向量網(wǎng)絡(luò)分析儀的廠商所提供的校準工具而得，而且校準之后的結(jié)果只能搭配特定的探針來使用，而無法與任意的探針互相搭配。當想要利用其他的探針來搭配向量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行特性阻抗的測量時，必須另外制造對應(yīng)的載具才能進行前述的校準手段。除此之外，測量時所使用的載具還必須對應(yīng)不同的電路板而做不同的設(shè)計，因此不但必須浪費時間在等待載具的制造上，而且載具無法在其他待測物上使用的特性也造成研發(fā)成本的浪費。

根據(jù)上述，在目前的測量技術(shù)中所存在的各種限制，不但使得測量的過程毫無彈性，同時也無法有效地減少測試時所需消耗的時間與耗材成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了改善現(xiàn)有的技術(shù)，本發(fā)明所提供的電路傳輸線的特性阻抗獲取方法可以減少校準時所需的時間及材料成本。

從另一個角度來看，本發(fā)明所提供的電路傳輸線的特性阻抗獲取方法可以消除接頭尺寸在測試過程中所造成的限制。

本發(fā)明的一實施例提供了一種電路傳輸線的特性阻抗獲取方法，其適于經(jīng)由各自獨立的第一探針與第二探針來測量電路傳輸線的特性阻抗。此特性阻抗獲取方法測量了第一探針與第二探針直接連接時的第一特性阻抗，并測量了第一探針與第二探針同時連接至電路傳輸線時的第二特性阻抗，之后即根據(jù)第一特性阻抗與第二特性阻抗來獲取電路傳輸線的特性阻抗。

在一個較佳實施例中，前述測量第一探針與第二探針直接連接時的第一特性阻抗的步驟，包括：自第一探針與第二探針的首端測量第一電路的第一實際測量變化曲線，其中第一電路是由直接連接第一探針與該第二探針的尾端而形成；以及以所測量到的第一實際測量變化曲線所表現(xiàn)的特性阻抗為第一特性阻抗。

在一個較佳實施例中，前述測量第一探針與第二探針同時連接至電路傳輸線時的第二特性阻抗的步驟，包括：自第一探針與第二探針的首端測量第二電路的第二實際測量變化曲線，其中第二電路是由連接第一探針與第二探針的尾端至電路傳輸線的兩端而形成；以及以所測量到的第二實際測量變化曲線所表現(xiàn)的特性阻抗做為第二特性阻抗。

在一個較佳實施例中，前述的特性阻抗獲取方法更進一步建立具有前述第一特性阻抗的第一阻抗電路模型，并使此第一阻抗電路模型包括一個左等效電路模型與一個右等效電路模型、使左等效電路模型與右等效電路模型具有相同的特性阻抗，且使第一阻抗電路的整體阻抗等于所獲取的第一特性阻抗。

更進一步的，在此較佳實施例中，前述根據(jù)第一特性阻抗與第二特性阻抗，獲取電路傳輸線的特性阻抗的步驟，包括：建立具有第二特性阻抗的第二阻抗電路模型，并使此第二阻抗電路模型中包含前述的第一阻抗電路模型；以及將第一特性阻抗自第二特性阻抗中移除，并以剩下的特性阻抗為電路傳輸線的特性阻抗。

在此較佳實施例中，前述建立具有第二特性阻抗的第二阻抗電路模型，并使此第二阻抗電路模型中包含前述的第一阻抗電路模型的步驟，包括： 將一個電路傳輸線模型與前述的第一阻抗電路模型相連接以形成第二阻抗電路模型；以及調(diào)整電路傳輸線模型的特性阻抗，直至第二阻抗電路模型的特性阻抗為先前獲取的第二特性阻抗。

在此較佳實施例中，前述中將第一特性阻抗自第二特性阻抗中移除，并以剩下的特性阻抗為電路傳輸線的特性阻抗的步驟，包括：以所調(diào)整出來的電路傳輸線模型的特性阻抗為所要獲取的電路傳輸線的特性阻抗。

本發(fā)明因為能夠找出探針與電路連接時的特性阻抗，因此可以減少在測量電路前所需的探針校準步驟，進而降低校準載具的需求、減少檢測成本并加快檢測的速度。更進一步的，還可以利用已知的探針與電路連接時的特性阻抗來進行電路模擬，快速的獲悉所設(shè)計的電路傳輸線的特性阻抗，減少開發(fā)期間測量所設(shè)計的電路傳輸線的特性阻抗時所需花費的各種成本。

附圖說明

圖1為一種探針的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2a為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電路傳輸線的特性阻抗獲取方法的流程圖。

圖2b為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電路傳輸線的特性阻抗獲取方法的流程圖。

圖3a為根據(jù)本發(fā)明一實施例的第一電路的示意圖。

圖3b為根據(jù)本發(fā)明一實施例的第二電路的示意圖。

圖4為根據(jù)本發(fā)明一實施例的第一阻抗電路模型的電路方塊圖。

圖5為根據(jù)本發(fā)明一實施例的第二阻抗電路模型的電路方塊圖。

附圖標記說明：

10、30、32：探針

12：sma接頭

12a：探針接頭

14：針

14a：針頭

30a、32a：首端

30b、32b：尾端

36：電路傳輸線

40：第一阻抗電路模型

42：左等效電路模型

44：右等效電路模型

50：第二阻抗電路模型

52：電路傳輸線模型

s10～s14、s102～s112：本發(fā)明第一實施例的步驟

s202～s218：本發(fā)明第二實施例的步驟

具體實施方式

第一實施例：

請參照圖2a，其為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電路傳輸線的特性阻抗(characteristicimpedance)獲取方法的流程圖。此實施例所示的特性阻抗獲取方法利用兩支探針(后分別稱為第一探針與第二探針)來測量電路傳輸線的特性阻抗。

請一并參照圖3a，其為根據(jù)本發(fā)明一實施例的第一電路的示意圖。在本實施例中，首先在步驟s102中將第一探針30的尾端30b與第二探針32的尾端32b直接連接在一起而形成一個具有實體的電路(后稱第一電路)。然后，在步驟s104中再通過這兩支探針30與32的首端30a與32a來測量第一電路實際上呈現(xiàn)出來的電氣變化曲線(后稱第一實際測量變化曲線)。其中，可以采用如圖1所示的探針10或者其他任意的探針來做為本實施例中的第一探針與第二探針，而前述的首端則指各探針中相當于圖1所示的探針接頭12a的位置(例如圖3a的首端30a與32a)，尾端則指各探針中相當于圖1所示的針頭14a的位置(例如圖3a的尾端30b與32b)。

接下來，在步驟s104中測量到第一實際測量變化曲線之后，就可以根據(jù)所測到的第一實際測量變化曲線來獲取其所代表的特性阻抗(步驟s106)。在此時，由于被測量的對象是前述的第一電路，所以在步驟s106所計算得到的就是第一電路的特性阻抗(后稱第一特性阻抗)。在本實施例 或其他的實施例中，第一特性阻抗可以是在其他時間被計算出來，而非一定要在此時進行計算。只要在使用到第一特性阻抗之前將其計算出來，就不會影響本發(fā)明的實現(xiàn)。

值得注意的是，此處以兩支各自獨立的探針30與32相接所測量出來的第一特性阻抗，除了探針30與32本身的阻抗之外，還會包括探針30與32之間由于連接時因種種的實體環(huán)境限制所產(chǎn)生的接觸面的電氣特性不連續(xù)所造成的阻抗。在后續(xù)的說明中，這種由于接觸面的電氣特性不連續(xù)所造成的阻抗將被稱為由「不理想接地」所造成的結(jié)果。

請一并參照圖3b，其為根據(jù)本發(fā)明一實施例的第二電路的示意圖。承前所述，在測得第一實際測量變化曲線之后，本實施例會在步驟s108中將第一探針30以及第二探針32與所要測量的電路傳輸線36的兩端相連接以組成另一個具有實體的第二電路(如圖3b所示)。具體來說，第一探針30的尾端30b會被連接至電路傳輸線36的其中一端，而第二探針32的尾端32b則被連接至電路傳輸線36的另一端。在組成第二電路之后，本實施例會在步驟s110中通過第一探針30的首端30a與第二探針32的首端32a來測量第二電路實際上呈現(xiàn)出來的電氣變化曲線(后稱第二實際測量變化曲線)。在這之后，于步驟s112中，將先利用第二實際測量變化曲線來計算第二電路的整體特性阻抗，再從中移除在此之前所獲取的第一特性阻抗，以藉此獲取出電路傳輸線36的特性阻抗。

具體來說，第二電路的整體特性阻抗主要包含三個部分：其一為電路傳輸線36的特性阻抗，其二為兩支探針30與32本身的阻抗，其三則是先前提及的由不理想接地所造成的阻抗。在這之中，第二與第三部分的阻抗合起來就是先前所獲取的第一特性阻抗。因此，電路傳輸線36的特性阻抗可以通過從第二特性阻抗中移除第一特性阻抗的影響而取得。

整體來說，前述的步驟s102到步驟s106是用來取得第一探針與第二探針直接連接時的第一特性阻抗(步驟s10)；步驟s108到步驟s110則是于第一探針與第二探針同時連接至電路傳輸線時，自第一探針與第二探針取得第二特性阻抗(步驟s12)；而最后的步驟s112則是根據(jù)第一特性阻抗以及第二特性阻抗以取得電路傳輸線的特性阻抗(步驟s14)的一種實施方式。

通過上述的方式，本實施例可以輕易的通過幾次的測量與計算而獲得所要測量的電路傳輸線的特性阻抗。這種測量過程不受限于探針的類型，也不需要特殊的載具來進行校準的操作，因此可以除去在現(xiàn)有技術(shù)中為了進行檢測及校準而制造載具時所需消耗的時間與金錢成本。

第二實施例：

請參照圖2b，其為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電路傳輸線的特性阻抗獲取方法的流程圖。其中，圖2b中的步驟s202到步驟s206分別與圖2a中的步驟s102到步驟s106相同，而且圖2b中的步驟s210與步驟s212分別與圖2a中的步驟s108與步驟s110相同，故在此不多加敘述。

與圖2a所示的第一實施例不同，本實施例會利用電路等效模型，利用軟件運算得出一個具有在步驟s206計算出來的第一特性阻抗的第一阻抗電路模型(步驟s208)。此步驟并不需要一定在步驟s206之后進行，只需要在步驟s214建立第二阻抗電路模型之前完成即可。請一并參照圖4，其為根據(jù)本發(fā)明一實施例的第一阻抗電路模型的電路方塊圖。如圖4所示，第一阻抗電路模型40包括一個左等效電路模型42與一個右等效電路模型44，而左等效電路模型42與右等效電路模型44則分別利用包括等效電阻、電導、電容與電感等電路元件，來建立其等效模型，以使整個第一阻抗電路模型40利用軟件運算出來的阻抗特性相當于先前計算出來的第一特性阻抗。除此之外，當使用相同形式的探針的時候，左等效電路模型42與右等效電路模型44的阻抗可被設(shè)定為相同值。

除步驟s208之外，本實施例與圖2a的實施例不同之處還在于本實施例更進一步的建立了一個第二阻抗電路模型，且此第二阻抗電路模型包括第一阻抗電路模型與一個電路傳輸線模型(步驟s214)。請一并參照圖5，其為根據(jù)本發(fā)明一實施例的第二阻抗電路模型的電路方塊圖。如圖5所示，在第二阻抗電路模型50中，第一阻抗電路模型中的左等效電路模型42與右等效電路模型44分別電性耦接在電路傳輸線模型52的兩側(cè)。其中，左等效電路模型42與右等效電路模型44中的各電子元件的參數(shù)值與圖4中通過步驟s208所建立的電子元件的參數(shù)值相同，而電路傳輸線模型52則是一個可變阻抗的電路模塊。通過軟件運算方式調(diào)整電路傳輸線模型52的特性阻抗，則第二阻抗電路模型50所模擬而得的電氣變化曲線(后稱模 擬電氣變化曲線)就會隨之改變。據(jù)此，本實施例在步驟s216中就可以通過調(diào)整電路傳輸線模型52的特性阻抗，而使第二阻抗電路模型50的模擬電氣變化曲線的外型盡量接近在步驟s212中所測得的第二實際測量變化曲線。最后，在經(jīng)過適當?shù)恼{(diào)整之后，可以使得模擬電氣變化曲線的外型近似于第二實際測量變化曲線，并將此時電路傳輸線模型52的特性阻抗當成所測量的電路傳輸線的特性阻抗(步驟s218)。至于何種程度的近似才能夠做為最后輸出的結(jié)果，就必須視實際需求而定，并沒有一定的規(guī)范。

此技術(shù)領(lǐng)域者當知，雖然在前述的實施例中僅在獲取電路傳輸線的特性阻抗的時候，才利用調(diào)整電路傳輸線模型52以使第二阻抗電路模型50的模擬電氣變化曲線趨近于第二實際測量變化曲線的手段，但實際上，在要獲取第一阻抗電路模型40的阻抗特性的時候，也可以通過調(diào)整左等效電路模型42與右等效電路模型44以使第一阻抗電路模型40的模擬電氣變化曲線趨近于第一實際測量變化曲線。

因此，通過上述的電路模型，可以將原本需要進行的一部分計算改成模擬軟件中的參數(shù)調(diào)整，提供使用者另一種不同的使用經(jīng)驗。

前述各實施例所提供的技術(shù)，可以結(jié)合各種樣式的夾具與設(shè)備以測量晶圓上(on-wafer)電路、集成電路接腳(icpins)與印刷電路板上(on-pcb)電路等的電氣特性。而且，所采用的探針可以是單一或多個并聯(lián)、以一般或差動方式來測量多條通道與傳輸線的性能。

更進一步的，在利用已知的探針與電路連接時的特性阻抗(亦即前述的第一特性阻抗)來進行電路模擬，可以更快速的獲悉所設(shè)計的電路傳輸線的特性阻抗，減少開發(fā)期間測量所設(shè)計的電路傳輸線的特性阻抗時所需花費的各種成本。

根據(jù)上述，本發(fā)明可以減少在測量電路前的部分的探針校準步驟，進而降低校準載具的需求、減少檢測成本并加快檢測的速度。