S參數量測，如插入損耗、折返損耗及頻域串音等，已逐漸成為高速數位標準中纜線組件相容性測試程序的一部分。舉例來說，目前Infiniband規格在1.25Ghz時，纜線差動插入損耗必須低於10dB；其他標準如PCI Xpress、Serial ATA II及XAUI也需要類似的量測。
傳統上，S參數量測是由頻域向量網路分析儀（Vector Network Analyzers；VNA）所完成。然而近年來，此種量測逐漸以時域反射及傳輸（Time Domain Reflectometry and Transmission；TDR/T）量測[1][2]為基礎完成，並使用附屬軟體如TDA系統IConnect轉換時域資料至頻域中。TDR/T S參數量測技術有時指時域網路分析（Time Domain Network Analysis；TDNA）。相較於頻域VNA，TDNA技術的優勢在於大幅降低的成本，一組TDNA設備與軟體費用約為相同頻域性能VNA設備的二分之一。VNA設備以提供相當大的動態範圍著名，相對於TDNA的50至60dB，VNA約為100至110dB。然而，如Infiniband或其他類似標準的相容性測試量測，目前最大範圍皆在20dB以內。特別是，Infiniband差動插入損耗如上所述只指出－10dB的量測為TDNA技術所能輕易達成。
VNA設備的附加精確度並非頻域中所固有，而需透過如SOLT（短路－開路－負載－經由；Short－Open－Load－Thru）高階校準達成。在量測參考平面上，校準程序需要高度精密、分析完善的標準。上述標準已可適用於同軸（SMA；3.5mm或其他精密接頭）或晶片上（on-wafer）型式。然而，同軸接頭無法與Infiniband或其他高速數位接頭搭配，必須使用既定標準搭配適當接頭的夾具(圖一)。由於無法提供搭配接頭介面的精密標準，原則上須對VNA的同軸（SMA）接頭做校準，藉由減去特殊埋藏（de-embedding）結構量測，從整體量測中去埋藏（de-embed）夾具插入損耗。額外的量測增加了整體測試及校準的時間，VNA儀器將大幅延長相容性測試的程序；研發實驗室量測或許能接受較長的測試時間，製造測試現場卻無法接受。
＜資料來源：1.4X Infiniband纜線組件：Meritec提供；FCI測試板：Tektronix提供。＞
由於TDNA不需要大量的校準程序，並允許資料視窗化，TDNA提供了這方面令人注目的選擇。在典型標準相容性測試夾具上，使用插入損耗去埋藏（de-embedding）結構的簡易經由（thru）參考與經由（thru）波形，便能進行良好的S參數相容性量測。同時亦可使用開路（Open）波形參考，使用從夾具上拔下的纜線組件開路（open）。但在這種情況下經由（thru）參考較適合，因為它允許將整個搭配接頭加入量測中。
以下可以用一些量測資料回答所產生的兩個問題：
- (1)夾具在纜線組件量測上會有什麼特殊影響？
- (2)在纜線組件上，TDNA是否提供足夠的精確度以進行相容性測試？
先以簡單的例子來回答夾具問題。首先，先進行精密微波接頭的差動式折返損耗量測；使用如(圖二)中所示0.1％精密度的微波電阻器與半剛性（semi-rigid）同軸型夾具。
理論上，此種電阻器的差動式折返損耗約為－60dB。但在VNA量測中無法輕易去埋藏（de-embed）夾具，因此將量測到電阻器與夾具組合的折返損耗。而在TDNA量測中，可在夾具末端擷取參考開路，即可從量測中去埋藏（de-embedding）夾具。(圖三)表示兩種量測間的比較。
圖中說明若為TDNA，則量測會約略限制在既定設定的TDNA系統動態範圍中；若為VNA，則所量測到的為夾具而非電阻器。圖中說明在1060Ghz的共振，相當於1.13cm夾具的半波長共振時，VNA量測實際上由夾具所控制。
此量測能明確說明若無去埋藏夾具，量測中夾具如何完整控制VNA量測。但纜線組件並非電阻器，因此，下文接著將轉為研究適當的效應。在Infiniband纜線組件上進行VNA量測，結果如下圖所示。
圖片顯示12.5公尺纜線組件的差動式插入損耗，及夾具上參考穿透（through）結構的差動式插入損耗。此纜線在－11.6dB規格上幾乎不會失敗，而減去－1.66dB夾具插入損耗將使纜線成為幾乎不合格纜線。因此，藉由強制去埋藏（de-embedding）夾具，即可輕易區分合格與失敗的夾具。
為驗證TDNA量測是精確的，因此在相同參考平面上比較在儀器纜線末端以穿透（thru）參考完成的纜線測試組件TDNA量測，以及VNA SOLT校準量測。(圖五)顯示比較結果。顯然關聯性相當良好，因此能推斷這裡所顯示TDNA技術精確度對Infiniband纜線組件相容性測試而言更加足夠。
此外，由於TDNA系統易於校準（參考開路或參考經由足夠用於基本量測），利用電路板上參考穿透（thru）軌跡，便能輕易去埋藏（de-embed）夾具。此為非常快速且極為普遍的量測，結果如下圖六所示。
TDNA系統能達成驚人高輸出，可在1至2分鐘進行TDNA纜線量測，而不需使用需15至30分鐘校準及量測的VNA。須注意VNA也能透過二次校準或從組件及夾具量測中減去夾具量測，移除夾具效應。然而，這將增加更多測試程序時間，顯然並無改變TDNA方法具備足夠精確度與較佳輸出之推論。
如(圖七)所示
觀察纜線組件的眼狀圖開口及眼狀波罩測試頗為有趣。從量測中去埋藏夾具，並將眼狀波罩置於開口中；纜線顯示峰對峰抖動為31.7ps，且眼狀圖開口為368ps。
表一 TDNA與VNA技術的比較| TDNA | VNA | |
|---|---|---|
| 動態範圍 | 50dB，足夠用於相容性測試 | 100dB |
| 夾具去埋藏（de-embedding） | 容易 | 普通困難 |
| 容易使用 | 容易 | 更加困難 |
| 輸出 | 較高 | 較低 |
| 成本 | 低，約為差動式VNA系統的二分之一 | 高 |
（作者任職於Tektronix太克科技）
＜參考資料：
[1] D.A. Smolyansky, Cost-Efficient Cable Assembly Compliance Testing and Modeling - DesignCon 2004, Santa Clara, CA
[2] D.A. Smolyansky, Time Domain Network Analysis:Getting S-parameters from TDR/T Measurements - Infiniband PlugFest, 2004＞
|
|
|||||||||
 |
||||||||||
|
|
|||||||||
 |
||||||||||
