專利名稱：Pcb分布參數(shù)阻抗測試電纜及配用的阻抗測試條的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電變量參數(shù)測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及高頻微波傳輸線分布參數(shù)測試技術(shù)，尤其是一種用可與1M以上頻率的自動平衡電橋參數(shù)測試儀配用的，可對印制電路(PCB)分布參數(shù)之阻抗精確測試的分布參數(shù)阻抗測試電纜及配用的單端阻抗測試條和耦合差分阻抗測試條。

背景技術(shù)：
PCB電路中由于阻抗線通常很短，直接從PCB電路中進(jìn)行阻抗測試是很困難的，因此便在加工PCB電路的印制板上專門設(shè)計了一定長度的阻抗線，用于測試，它們的物理尺寸和PCB電路中相應(yīng)阻抗線相同，而且又是在相同工藝條件下同時與PCB電路一起加工的，這種專供測試用的阻抗線被切割下來形成阻抗測試條，通過對其阻抗線的阻抗特性的測試便反映了PCB電路中相應(yīng)阻抗線的特性。阻抗測試條有單端阻抗測試條和耦合差分阻抗測試條之分(見圖1，圖2圖3，圖4)。因此PCB電路阻抗的測試主要是對阻抗測試條的測試。
阻抗測試可采用TDR時域反射法和分布參數(shù)測試法，參數(shù)測試法的理論根據(jù)是微波傳輸線理論，根據(jù)微波傳輸線理論，微帶線的阻抗值有 式中L和C分別為微帶線的分布電感和分布電容。耦合差分阻抗線的差分阻抗有 式中Lself，Cself分別是每條耦合線的自電感和自電容；Lm，Cm分別是兩耦合線之間的互電感和互電容。
只要能測準(zhǔn)這些分布參數(shù)值，便能準(zhǔn)確計算出PCB電路的阻抗線阻抗，因此關(guān)鍵在于對PCB電路阻抗線分布參數(shù)的準(zhǔn)確測試，圖5參數(shù)測試儀中的自動平衡測試電橋連接待測器件DUT的高電位點Hp，高電流點Hc和低電位點Lp，低電流點Lc由4根測試同軸電纜引出，為擴(kuò)展測試阻抗范圍和消除各種寄生參數(shù)的影響4根同軸電纜與待測器件的連接方式以圖6所示4TP(4 terminal pair)結(jié)構(gòu)為最佳，即將Hc，Hp引出的兩同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體和Lc，Lb引出的兩同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體分別焊接在一起作為兩測試端與待測器件連接，4根同軸電纜的外導(dǎo)體在靠近測試端一端分別連接在一起。用這種性能良好的4TP結(jié)構(gòu)能否測出計算PCB電路阻抗條中的微帶線和耦合差分阻抗線在所需分布參數(shù)呢？實際情況是除了能測準(zhǔn)微帶線電容和耦合差分阻抗線自電容參數(shù)外，對其它參數(shù)都是測不了或測不準(zhǔn)的，如對微帶線的電感和耦合差分阻抗線的自電感存在測不準(zhǔn)，對耦合差分阻抗線的互電感，互電容參數(shù)則是測不了的，這是因為用于測試PCB電路單端阻抗測試條和耦合差分阻抗測試條中，阻抗線通常長度都在15cm左右，在4TP結(jié)構(gòu)Hp、Hc電纜對與Lp、Lc電纜對之間外導(dǎo)體要連接長于15cm的導(dǎo)線，會帶來較大寄生電感，同時該連接線位置不同，形狀有異，其寄生電感數(shù)值都會發(fā)生變化，因而很難測準(zhǔn)只有幾十nH的微帶線電感和耦合差分阻抗線的自電感，耦合差分阻抗線的互電感更小，要單獨(dú)測出更是不可能的，測試耦合差分阻抗線的互電容，只能將4TP結(jié)構(gòu)兩測試端分別連接在兩耦合線上，但這樣測出的不是互電容，而是兩耦合線間互電容與兩耦合線自電容串聯(lián)后相并聯(lián)的結(jié)果，同時還要受到與阻抗條金屬接地板接觸的支撐物介質(zhì)性能的影響。因此必須尋找一種適于PCB分布參數(shù)法阻抗測試的方法、電纜及配用的阻抗測試條。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是要克服公知技術(shù)的缺陷，提供一種適于PCB分布參數(shù)法精確測試阻抗的PCB分布參數(shù)阻抗測試電纜及配用的阻抗測試條。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是 一種分布參數(shù)阻抗測試電纜，包括兩對測試電纜，每對測試電纜包含有兩根同軸電纜，每根同軸電纜的一端分別連接有一個BNC電纜連接頭，該端同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體與BNC電纜的中心導(dǎo)體相連，該端同軸電纜的外導(dǎo)體與BNC電纜連接頭的外導(dǎo)體相連；其特征是所述兩同軸電纜的另一端的內(nèi)導(dǎo)體與一測試探針合焊在一起，兩同軸電纜的外導(dǎo)體與一接地探針合焊在一起，接地探針及測試探針分別焊接在一絕緣介質(zhì)板的兩個金屬化孔上，一絕緣體將測試探針、接地探針和絕緣介質(zhì)板包裹為一體而構(gòu)成電纜測試頭。
與上述分布參數(shù)阻抗測試電纜配用的單端阻抗測試條，其特征是所述單端阻抗測試條由含有同一金屬接地板的兩根平行且同樣的微帶線組成，兩根微帶線的線間距大于微帶線線寬的2倍；在兩微帶線的兩端分別設(shè)有測試孔，在每端測試孔的外側(cè)設(shè)有與金屬接地板相連的接地孔，各端對應(yīng)的測試孔與接地孔呈等邊三角形分布，等邊三角形的邊長與所述測試探針和所述接地探針之間的間距相等。
上述分布參數(shù)阻抗測試電纜配用的耦合差分阻抗測試條，包括含有同一金屬接地板的兩根相同的相互耦合的微帶線，其特征是所述兩耦合微帶線的間距小于耦合微帶線線寬的2倍；在兩耦合微帶線的兩端分別設(shè)有測試孔，在每端測試孔的外側(cè)設(shè)有與金屬接地板相連的接地孔，每端對應(yīng)的兩測試孔與接地孔呈等邊三角形分布，等邊三角形的邊長與所述測試探針和所述接地探針之間的間距相等。
本實用新型提出了一種新型的PCB分布參數(shù)阻抗測試電纜及配用的兩種阻抗測試條。使用本實用新型PCB分布參數(shù)阻抗測試電纜及配用的阻抗測試條結(jié)合本設(shè)計人所發(fā)明的方法，可準(zhǔn)確測出計算單端阻抗和耦合差分阻抗的全部分布參數(shù)，從而達(dá)到了用參數(shù)法精確測試PCB分布參數(shù)阻抗的目的。

圖1是普通單端阻抗測試條的示意圖； 其中18-微帶線；19-金屬接地板；20-印制板基材；21-測試孔；22-接地孔。
圖2是圖1之A-A處的剖視圖； 圖3是普通耦合差分阻抗測試條的示意圖； 其中23-印制板基材；24-耦合差分阻抗測試條；25-金屬接地板；27-測試孔；28-接地孔。
圖4是圖3之B-B處的剖視圖； 圖5是參數(shù)測試儀的自動測試電橋的示意圖； 圖6是4TP結(jié)構(gòu)阻抗測試示意圖； 其中29-同軸電纜外導(dǎo)體；30-同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體；DUT-待測器件。
圖7是本實用新型PCB分布參數(shù)阻抗測試電纜之示意圖； 其中1-測試電纜；；2-同軸電纜；4-內(nèi)導(dǎo)體；5-測試探針；6-接地探針；61-外導(dǎo)體；7-介質(zhì)板；8-金屬化孔；9-注塑絕緣體；10-電纜測試頭；3-BNC電纜連接頭；31-BNC電纜中心導(dǎo)體；32-BNC電纜連接頭的外導(dǎo)體。
圖8本實用新型單端阻抗測試條的示意圖； 其中11-測試孔；12-接地孔；15-微帶線；171-金屬接地板；17-印制電路板。
圖9是圖8之C-C處的剖視圖； 圖10是本實用新型測試微帶線電感L測試示意圖； 其中5-測試探針；6-接地探針。
圖11是本實用新型測試耦合差分阻抗線電感時的電流流向圖； 其中5-測試探針；6-接地探針；13-測試孔；14-接地孔。
圖12是本實用新型測試線電容時測試探針與接地探針的連接示意圖； 圖13是本實用新型測試耦合差分阻抗線互電容時測試探針與接地探針的連接示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步的說明。
PCB分布參數(shù)阻抗測試電纜，如圖7所示，該電纜包括兩對測試電纜1，每對測試電纜都設(shè)有兩根同軸電纜2，這兩根同軸電纜的一端分別連接有一個BNC電纜連接頭3。同軸電纜中的內(nèi)導(dǎo)體4與BNC電纜中心導(dǎo)體31相連，同軸電纜的外導(dǎo)體61與BNC電纜連接頭的外導(dǎo)體32相連。這兩根同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體4的另一端的內(nèi)導(dǎo)體4都與一測試探針5合焊在一起；這兩根同軸電纜的另一端的外導(dǎo)體61都與一接地探針6合焊在一起。接地探針6及測試探針5則分別焊接在一絕緣介質(zhì)板7的兩個金屬化孔8上。本實施例中，絕緣體9為塑料件，經(jīng)注塑工藝將測試探針5、接地探針6和絕緣介質(zhì)板7塑封連接為一體而制成電纜測試頭10(作為另一種實施方式也可通過在絕緣體9內(nèi)灌封環(huán)氧樹脂之類的絕緣膠體將測試探針5、接地探針6和絕緣介質(zhì)板7包裹成一體)。
PCB電路單端阻抗測試條，如圖8-10、12所示，單端阻抗測試條由設(shè)在含有金屬接地板171的印制電路板17的同一面上的兩根平行且同樣的微帶線15組成，兩根微帶線的線間距離大于微帶線的2倍線寬，目的是使這兩根微帶線無耦合。在兩微帶線的兩端分別設(shè)有測試孔11，在每端測試孔11的外側(cè)設(shè)有與金屬接地板171相連的接地孔12，各端對應(yīng)的測試孔11與接地孔12呈等邊三角形分布，等邊三角形的邊長與所述測試探針5和所述接地探針6的間距相等。
PCB電路耦合差分阻抗測試條，如圖11、13所示，其由設(shè)在含有金屬接地板的印制電路板同一面上的兩根平行且同樣的耦合微帶線16組成，耦合微帶線16的線間距小于耦合微帶線線寬的2倍。在耦合微帶線16的兩端設(shè)有測試孔13，在兩測試孔13的外側(cè)設(shè)有接地孔14，兩測試孔13與接地孔14構(gòu)成等邊三角形，等邊三角形的邊長同測試探針5與接地探針6的間距相等。
本實用新型PCB分布參數(shù)阻抗測試電纜的測試結(jié)構(gòu)我們稱之為準(zhǔn)4TP電纜測試結(jié)構(gòu)。兩對測試電纜接BNC連接頭一端可分別連接到Hp，Hc和Lp，Lc，這相當(dāng)于4TP結(jié)構(gòu)中，把HP，Hc電纜對和LP，Lc電纜對靠近測試端的外導(dǎo)體連線去掉，而在兩電纜對中形成接地探針，因此我們稱之為準(zhǔn)4TP結(jié)構(gòu)，在使用中它保持了4TP結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，但它比4TP結(jié)構(gòu)使用更加靈活，并通過這種結(jié)構(gòu)能準(zhǔn)確測出微帶線的電感L和耦合差分阻抗線的自電感與互電感的差值Lself-Lm以及互電容Cm，從而能根據(jù)(1)和(2)式準(zhǔn)確計算出微帶線特性阻抗和耦合差分阻抗線的差分阻抗。
由于現(xiàn)有技術(shù)的微帶線存在回路電感，且回路電感隨微帶線介質(zhì)高度和長度增加而增加，由于地線上存在電感，用圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)阻抗測試條對單端阻抗進(jìn)行測試，兩測試探針連接微帶線18兩端，兩接地探針接地，將會有地線上的電感引入，測出的電感將大于微帶線18上的電感，這種單端阻抗測試條只適宜時域反射法測阻抗。
為適宜參數(shù)法測阻抗，如上所述，本實用新型對單端阻抗測試條重新進(jìn)行了設(shè)計為了排除地線上回路電感的影響，單端阻抗測試條設(shè)計成由兩根無耦合(兩線間距大于兩倍線寬)、相互獨(dú)立的完全相同的微帶線組成，兩微帶線的兩端設(shè)計有供測試用的測試孔及一接地孔，兩測試孔之間的間距和接地孔到兩測試孔之間的間距設(shè)計來和兩測試電纜的電纜測試頭的測試探針5與接地探針6之間的間距相等。耦合差分阻抗條兩耦合線兩端供測試用的測試孔和接地孔也按此情況處理。測試微帶線時，為了不引入接地回路電感，接地探針6是不接地的，而當(dāng)作測試探針使用，即接地探針6與接地探針6，測試探針5與測試探針5分別連接一條微帶線進(jìn)行測試，如圖10所示。將接地探針用作測試探針的前提條件是在測試前的短路校正時，除了測試探針進(jìn)行短接外，接地探針也必須進(jìn)行短接校正。在測試差分阻抗線電感時同樣是兩接地探針和兩測試探針分別連接一條微帶線，但測出的參數(shù)不是自電感Lself而是自電感Lself與耦合互電感Lm的差值Lself-Lm，如圖11所示，在圖11中測試探針中的電流方向和接地探針之間的電流方向是相反的，根據(jù)右手螺旋定則，它們產(chǎn)生的磁場方向是相反的，有減小對方磁場的趨向，因此測出的電感值是Lself-Lm，Lm數(shù)值很小，要單獨(dú)進(jìn)行測試是完全不可能的，但用我們這種準(zhǔn)4TP結(jié)構(gòu)，卻能成功地測出計算差分阻抗所需的Lself-Lm參數(shù)，但要注意的是用上述方法測出的微帶線的電感不是2L，測出的耦合差分阻抗線的電感也不是Lself-Lm的2倍，這是由于電纜線是非平衡線，接地探針之間測出的電感值要小于測試探針之間測出的電感值，因此對測出的結(jié)果要進(jìn)行校正，其校正系數(shù)K(接地探針測試值與測試探針測試值之比)可通過實驗準(zhǔn)確確定。確定K后，上述電感測試值分別除以(1+K)便可得到式(1)中需要的電感值L和式(2)中需要的Lself-Lm值。
測試微帶線的分布電容參數(shù)C，可對單端阻抗測試條中任1條線進(jìn)行測試，測試方法是兩測試探針分別連接微帶線的測試孔和接地孔，兩接地探針短接。如圖12所示，這相當(dāng)于變成了4TP結(jié)構(gòu)，測試耦合差分阻抗線自電容Cself也可對耦合差分阻抗條中任一條微帶線進(jìn)行測試，方法同測微帶線的電容分布參數(shù)完全一樣。
測試耦合差分阻抗線的互電容，方法是兩測試探針分別連接一條微帶線的測試孔，兩接地探針分別與接地孔連接，如圖13所示，由于是共地連接，因此測出的電容便是兩線之間的互電容。
需要說明一點的是在上述測試中，參數(shù)測試儀的工作頻率必須滿足 式中R為微帶線的分布損耗電阻，L為微帶線的分布電感。
由上述方案可知，通過上述方法結(jié)合使用本實用新型PCB分布參數(shù)阻抗測試電纜及配用的阻抗測試條可準(zhǔn)確測出計算單端阻抗和耦合差分阻抗的全部分布參數(shù)，從而達(dá)到了用參數(shù)法精確測試PCB分布參數(shù)阻抗的目的。
權(quán)利要求1.一種分布參數(shù)阻抗測試電纜，包括兩對測試電纜(1)，每對測試電纜包含有兩根同軸電纜(2)，每根同軸電纜的一端分別連接有一個BNC電纜連接頭(3)，該端同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體(4)與BNC電纜的中心導(dǎo)體(31)相連，該端同軸電纜的外導(dǎo)體(61)與BNC電纜連接頭的外導(dǎo)體(32)相連，其特征是所述兩同軸電纜的另一端的內(nèi)導(dǎo)體(4)與一測試探針(5)合焊在一起，兩同軸電纜的外導(dǎo)體(61)與一接地探針(6)合焊在一起，接地探針及測試探針分別焊接在一絕緣介質(zhì)板(7)的兩個金屬化孔(8)上，一絕緣體(9)將測試探針(5)、接地探針(6)和絕緣介質(zhì)板(7)包裹為一體而構(gòu)成電纜測試頭(10)。
2.依照權(quán)利要求1所述的分布參數(shù)阻抗測試電纜，其特征是所述絕緣體(9)為塑料件，經(jīng)注塑工藝將所述測試探針(5)、接地探針(6)和絕緣介質(zhì)板(7)連接為一體。
3.依照權(quán)利要求1或2所述的分布參數(shù)阻抗測試電纜，其特征是在所述絕緣體(9)上，與所述接地探針(6)的位置對應(yīng)，設(shè)有接地標(biāo)識。
4.與權(quán)利要求1所述的分布參數(shù)阻抗測試電纜配用的單端阻抗測試條，其特征是所述單端阻抗測試條由含有同一金屬接地板(171)的兩根平行且同樣的微帶線(15)組成，兩根微帶線的線間距大于單根微帶線線寬的2倍；在兩微帶線的兩端分別設(shè)有測試孔(11)，在每端測試孔(11)的外側(cè)設(shè)有與金屬接地板(171)相連的接地孔(12)，各端對應(yīng)的測試孔(11)與接地孔(12)呈等邊三角形分布，等邊三角形的邊長與所述測試探針(5)和所述接地探針(6)之間的間距相等。
5.與權(quán)利要求1所述的分布參數(shù)阻抗測試電纜配用的耦合差分阻抗測試條，包括含有同一金屬接地板(25)的兩根相同的平行微帶線(24、16)，其特征是所述兩微帶線(16)的間距小于單根微帶線線寬的2倍形成相互耦合狀態(tài)的微帶線；在兩耦合微帶線(16)的兩端分別設(shè)有測試孔(13)，在每端測試孔(13)的外側(cè)設(shè)有與金屬接地板相連的接地孔(14)，每端對應(yīng)的兩測試孔(13)與接地孔(14)呈等邊三角形分布，等邊三角形的邊長與所述測試探針(5)和所述接地探針(6)之間的間距相等。
專利摘要一種PCB分布參數(shù)阻抗測試電纜及配用的阻抗測試條。分布參數(shù)阻抗測試電纜包括兩對測試電纜，每對測試電纜包含兩根同軸電纜，兩根同軸電纜的一端分別連接有BNC電纜連接頭；兩根同軸電纜的另一端的內(nèi)導(dǎo)體與一測試探針合焊在一起，兩根同軸電纜的外導(dǎo)體與一接地探針合焊在一起，絕緣體、測試探針和絕緣介質(zhì)板構(gòu)成電纜測試頭。阻抗測試條包括單端阻抗測試條和耦合差分阻抗測試條，兩阻抗測試條的測試孔和接地孔成等邊三角形分布，孔距與兩測試探針的間距相同。使用本實用新型可準(zhǔn)確測出計算單端阻抗和耦合差分阻抗的全部分布參數(shù)，達(dá)到用參數(shù)法精確測試PCB分布參數(shù)阻抗的目的。
文檔編號H01R11/11GK201436588SQ20092005099
公開日2010年4月7日 申請日期2009年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月6日
發(fā)明者陽澤彬 申請人:深圳市博敏電子有限公司;陽澤彬