泰克示波器的特性阻抗測試系統(tǒng)性能分析

陳韻羽

四川建筑職業(yè)技術學院，四川德陽 618000

泰克示波器的特性阻抗測試系統(tǒng)性能分析

陳韻羽

四川建筑職業(yè)技術學院，四川德陽 618000

對于PCB生產(chǎn)，傳輸線特性阻抗測量十分重要。阻抗測量系統(tǒng)性能好壞直接影響測量結果的好壞。論文使用測量系統(tǒng)分析方法中的方差分析法，根據(jù)GRR％、P/T％值、可區(qū)分類別數(shù)（ndc）以及量具R&R圖綜合評價系統(tǒng)好壞。據(jù)分析，測量系統(tǒng)穩(wěn)定，重復性和再現(xiàn)性好，測量系統(tǒng)變異較小。

特性阻抗；測量系統(tǒng)分析；重復性；再現(xiàn)性

隨著電子產(chǎn)品的迅速發(fā)展，電子產(chǎn)品設計系統(tǒng)的主頻越來越高，漸精細的工藝技術使得晶體管尺寸越來越小，因而器件的信號跳變沿也就越來越快，傳輸線的反射、時延、振鈴都會造成信號間串擾［1］，從而更加嚴重地破壞高速數(shù)字電路系統(tǒng)信號的完整性。因此，電路板生產(chǎn)完成后，需要測量電路板傳輸線阻抗值，判定其是否符合相關規(guī)定，以滿足實際的生產(chǎn)需要。

為了獲得更加可靠的阻抗值，需要對阻抗測量系統(tǒng)性能進行評估［2］。通常情況下使用過程控制的方法分析影響產(chǎn)品質(zhì)量的偶然因素，但是如果所用測量系統(tǒng)本身產(chǎn)生的誤差過大時，將會掩蓋過程控制時因偶然因素造成的誤差。為了避免造成上述情況發(fā)生，則需要對測量系統(tǒng)進行評價，使用測量系統(tǒng)分析（MSA Measurement System Analysis）方法進行評估［3］。本文僅對特性阻抗測量系統(tǒng)的重復性和再現(xiàn)性進行評價。

1 數(shù)據(jù)測量要求

1.1儀器校準

在使用DSA8200示波器時，需要注意靜電保護，儀器開啟30min以后再進行測量。當儀器內(nèi)部溫度異常時，需要進行校準，該校準過程需要幾分鐘才能完成。直到儀器顯示溫度標示為綠色為止。

1.2數(shù)據(jù)采集

探針和待測試樣條的連接處由于阻抗不連續(xù)，將會產(chǎn)生波動，波形過渡不平穩(wěn)。調(diào)整水平值，使整個試樣條的測量值鋪滿整個水平面，取波形中50％-70％（兩條綠線之間的范圍）獲得試樣條的平均阻抗值。

2 測量具體步驟

取12個試樣條，分成兩組進行測量：第一組均為50Ω試樣條6個，樣品編號1～6；第二組50Ω、75Ω、100Ω各兩個，樣品編號1～6。3個測量員A、B、C，分別對兩組試樣條重復測量3次，測量不分先后順序，隨機抽取，直到全部測量結束，3個測量員均不知道彼此的測量結果。

3 系統(tǒng)性能分析

測量系統(tǒng)分析中，通常使用的是量具的重復性和再現(xiàn)性（Gauge R&R，Gauge Repeatability and Reproducibility）評判系統(tǒng)性能的好壞［4］。對測量數(shù)據(jù)進行分析的方法通常有兩種：均值-極差法和方差分析法。兩種方法相比之下，方差分析法較優(yōu)，能更準確地評估變差，可從實驗數(shù)據(jù)中得到更多的信息，使用于任何實驗。因此，本文采用方差分析法分析測量數(shù)據(jù)。

3.1系統(tǒng)性能評價指標

在IPC-TM-650中Measurement Precise Estimation Variables Data規(guī)定，若GRR％和P/T％處于10％-30％之間，測量系統(tǒng)可視情況接受，若均小于10％，測量系統(tǒng)狀況良好。根據(jù)特性阻抗測量的具體測量而言，兩項指標均小于30％便可接受。GRR％和P/T％計算公式如下所示

除了上述兩個指標外，系統(tǒng)的可區(qū)分類別數(shù)ndc（the number of distinct categories）要大于等于5。ndc代表系統(tǒng)識別部件間差異的能力。

3.2測量數(shù)據(jù)分析結果

運用方差分析法，使用minitab軟件分析數(shù)據(jù)，第一組測量50Ω試樣條的量具R&R結果如表1和表2所示。R&R（方差分析）圖如圖1所示。

表1　第一組各分量方差及貢獻率

過程公差=10

表2　第一組各分量標準差及個變異貢獻率

可區(qū)分的類別數(shù)=9

第二組分別由50Ω、75Ω、100Ω試樣條各取兩個組成，經(jīng)分析，其量具R&R結果如表3和表4所示。R&R（方差分析）圖如圖2所示。

表3　第二組各分量方差及貢獻率

表4　第二組各分量標準差及個變異貢獻率

可區(qū)分的類別數(shù)=481

從兩組測量結果的極差控制圖中可得，所有點均落在控制上下限之間，說明測量系統(tǒng)穩(wěn)定，操作員使用量具的一致性很好。

4 總結

本文應用測量系統(tǒng)分析方法中的方差分析法，評價了基于泰克示波器的特性阻抗測試系統(tǒng)的性能。最終結果表明系統(tǒng)性能穩(wěn)定，測量系統(tǒng)誤差小，重復性和再現(xiàn)性等各個指標符合MSA的評價標準。同時測量的結果能夠滿足實際生產(chǎn)要求。

［1］戴文，王芳，劉燕竹.高速數(shù)字電路PCB設計中的阻抗控制［J］.電子技術應用，2006（06）.

［2］黃書偉，趙丹玲.PCB設計的阻抗控制與阻抗匹配［J］.電子質(zhì)量，2005（04）.

［3］徐蘭.測量系統(tǒng)誤差分析研究［D］.南京理工大學，2007.

［4］董祺.測量系統(tǒng)分析方法的研究及應用［D］.西安電子科技大學，2011.

TN934

A

1674-6708（2015）147-0146-02