作者：于洋，王欣

PCB（Printed Circuit Board，印刷電路板），隱藏在各種IT、電子設備中，從服務器到智能終端，從電動汽車到衛星通信，作為信號傳輸的“載體”，連接成百上千個元器件。

隨著5G移動通信、人工智能技術的快速發展，終端產品越來越薄，數據傳輸速度越來越快，對PCB的集成能力、高頻高速通信能力的需求也逐步提升。

頻率越高、傳輸速率越快，在傳輸中的信號損耗問題越嚴重。我們通常利用矢量網絡分析儀對PCB進行材料介電常數/損耗因子（Dk/Df）、信號完整性SI（阻抗、上升時間、串擾等），S參數（回波損耗、插入損耗）等關鍵參數進行測試，確保信號在PCB電路板中傳輸的可靠性。

在助力客戶進行PCB測試的過程中，是德科技總結出了一些“測試秘籍”?？霡你身邊的PCB工程師，這些從基礎到測試日常的小問題，看看你能答對多少題？

第一關：基礎熱身

Q1你知道高頻高速PCB測試挑戰具體體現在哪些方面嗎？

1. 高頻信號完整性挑戰。

10GHz以上頻段，材料的介電損耗（Df）和導體損耗導致信號衰減加??；阻抗允許誤差要求更嚴苛，±5%甚至更嚴格的容差要求；高密度布局和差分信號對間的電磁耦合導致串擾，影響信號準確性。

2. 差分電路設計挑戰。

差模信號與共模信號間的轉換引入額外損耗和噪聲，差分對間的時延不一致（Skew）導致信號失真。

3. 材料特性復雜性挑戰。

材料的介電常數（Dk）和介質損耗（Df）隨頻率變化，傳統固定模型無法滿足仿真需求；混合材料的玻纖與樹脂分布不均，導致等效Dk/Df波動。

4. 測試效率與成本壓力。

開發周期縮短，需快速完成設計驗證與量產測試，節省費用、所有測試集中在一臺儀表，成為設備商的新需求。

Q2PCB物理層測試的關鍵參數有哪些？分別是什么意思？

關鍵參數主要表現在，插入損耗、回波損耗等基本S參數，FEXT、NEXT、PS_Crosstalk、ICR、ICN、Jitter、差分對延時、眼圖等，介電常數(D k)/介質損耗(D f)等材料參數的測試。

? 參數名稱

插入損耗

? 定義

信號在傳輸路徑中的功率損耗，通常隨頻率增加而增大，以dB表示。

? 測試方法

使用矢量網絡分析儀(VNA)測量S參數中的S21（正向）或S12（反向）。

? 參數名稱

回波損耗

? 定義

因阻抗不匹配導致的反射信號功率與輸入功率的比值，回波損耗是反射信號低于入射信號的dB 數，以-dB表示，絕對值越大越好。

? 測試方法

使用VNA測量S參數中的S11（輸入端口反射）或S22（輸出端口反射）。

? 參數名稱

FEXT (遠端串擾)

? 定義

干擾信號在相鄰通道遠端產生的串擾，通常以dB表示。

? 測試方法

使用VNA測量遠端端口。

? 參數名稱

NEXT (近端串擾)

? 定義

與發送端處于同一邊的（近端）接收端處所感應到的從發送線發送過來的串擾信號。

? 測試方法

使用VNA測量近端端口。

? 參數名稱

PS_Crosstalk (電源層串擾)

? 定義

電源層噪聲對信號層的耦合干擾。

? 測試方法

使用VNA或示波器結合專用電源完整性夾具，測量電源噪聲對信號的影響。

? 參數名稱

ICR (插入損耗變化率)

? 定義

插入損耗在不同頻率或環境條件下的變化率。

? 測試方法

基于VNA在不同頻率下測量的插入損耗數據，計算其斜率或標準差。

? 參數名稱

ICN (插入損耗噪聲)

? 定義

插入損耗中的隨機波動成分，反映信號傳輸的穩定性。

? 測試方法

通過VNA多次測量插入損耗并分析其噪聲頻譜或標準差。

? 參數名稱

差分對延時 (Differential Pair Delay)

? 定義

高速PCB中經常采用多條差分路徑傳輸。所以Skew又分為對內延時差（Intra-pair Skew）和對間延時差（Inter-pair Skew）。對內延時差是指同一對差分線間兩條單端傳輸線single-end Delay之差，對間延時差是指不同對差分線間Differential Delay之差。

? 測試方法

使用時域反射計(TDR)或高速示波器測量差分信號的時間差。

? 參數名稱

眼圖 (Eye Diagram)

? 定義

多個信號周期疊加形成的圖形，用于評估信號完整性（如噪聲、抖動等）。眼圖可以顯示出數字信號的傳輸質量，是對數字信號質量的一種快速而又非常直觀的觀測手段。

? 測試方法

使用高速示波器捕獲信號波形，通過疊加生成眼圖，結合分析軟件評估參數。

? 參數名稱

介電常數 (Dk)

? 定義

材料存儲電場能量的能力，影響信號傳播速度。

? 測試方法

采用諧振腔法、傳輸線法或VNA結合同軸/微帶夾具測量，通過S參數反推Dk。

? 參數名稱

介質損耗 (Df)

? 定義

材料耗散電場能量的能力，以損耗角正切表示。

? 測試方法

使用與Dk相同的方法，分析S參數或Q值計算損耗角正切。

Q3PCB測試的xy方向和z方向是什么意思？

XY 方向（平面內方向）：XY 方向是 PCB 平面內的二維方向，即平行于 PCB 表面的兩個正交軸。X 軸：水平方向（如 PCB 的長邊）；Y 軸：垂直方向（如 PCB 的短邊），XY 平面：由銅箔走線、微帶線、帶狀線等構成的信號傳輸層。

Z 方向（垂直方向）：Z 方向是垂直于 PCB 平面的方向（即厚度方向），對應 PCB 的層疊方向。Z 軸：從 PCB 頂層到底層的垂直方向；Z 方向特性：涉及層間耦合、過孔（via）性能、材料垂直方向的介電常數等。

第二關：損耗

Q4PCB傳輸信號過程中介質損耗和導體損耗怎么區分？

PCB 上的信號傳輸損耗（Loss）可分為導體損耗（LC）和介質損耗（LD）。介質損耗，就是在PCB材料介質層面傳輸產生的損耗，導體損耗可分為表面粗糙度引起的散射損耗和趨膚效應損耗。介質損耗和導體損耗這兩個損耗的模型是不一樣的，所以可以在總體的損耗中將不同的損耗部分提取出來。

Q5什么是導體的趨膚效應？

趨膚效應（Skin Effect）是指導體在高頻交流電作用下，電流密度從導體內部向表面逐漸集中的現象。隨著頻率升高，電流主要分布在導體表層，導致導體的有效截面積減小、電阻增大，從而影響信號傳輸性能。

Q6什么是Delta-L測試？

Delta-L 是英特爾為描述 PCB 電氣性能而引入的測量方法。Delta-L 損耗測試方案能夠，高效表征 PCB 損耗、幫助設計人員選擇合適的 PCB 材料、方便 PCB 損耗的批量測試。Delta-L測試做兩套有同樣過孔的夾具，夾具A線長為X1，夾具B線長為X2，分別測出這兩條PCB走線+過孔的IL，然后相減在除以線長差，那么就可以得到除掉過孔后PCB走線每單位長度上的IL，然后根據DUT的線長就可以得到沒有過孔影響的插入損耗，而且不需要SOLT以及TRL校準。

Q7開窗沉金會減少傳輸線損耗嗎？

沉金工藝能夠顯著提升導電性、耐腐蝕性和抗氧化性，從而減少信號衰減和反射，提高信號傳輸質量?。具體來說，沉金層的存在可以降低接觸電阻，減少信號衰減和干擾，這對于高頻信號的傳輸尤為重要?。此外，沉金還能有效防止金屬表面的氧化和腐蝕問題，進一步提高信號傳輸的穩定性?。

第三關：阻抗

Q8什么是TDR測試？

TDR（ Time-Domain Reflectometry），又叫時域反射計，它的測試原理是，當信號傳輸路徑中發生阻抗變化時，一部分信號會被反射，另一部分信號會繼續沿傳輸路徑傳輸。通過測量反射波的電壓幅度，從而計算出阻抗的變化；同時，只要測量出反射點到信號輸出點的時間值，就可以計算出傳輸路徑中阻抗變化點的位置。另外，還可以定位斷點或短路點的具體位置，當傳輸線上存在寄生電容、電感（如過孔）時，在TDR曲線上可以反映出寄生參數引起的阻抗不連續。

Q9用矢量網絡分析儀測試阻抗時，源信號上升沿時間如何設置?

矢網測試特性阻抗主要是頻率逆傅里葉變換到時域進行分析的，所以上升沿的快慢主要取決于矢網測試的最高頻率范圍。在矢量網絡分析儀（VNA）測試阻抗時，源信號上升沿時間（Rise Time）的設置直接影響測試的分辨率和信號質量。

上升沿時間是指，信號從10%到90%幅值的變化時間（通常用 tr 表示，單位：ps/nS）。上升沿越陡峭（tr 越?。盘柊母哳l成分越多，能探測到更小的阻抗變化和更近的缺陷；上升沿時間與頻域帶寬成反比。

Q10TDR測試阻抗，結果會不會受階躍信號上升沿退化的影響？如何影響？

會，上升沿的快慢主要影響的是阻抗測試的時間分辨率，PCB測試中，高時間分辨率有助于發現更短的斷路或更接近的缺陷點。但如果傳輸線很長衰減很大就可能會導致特性阻抗測試的向上漂移，這種情況可以采取漂移阻抗的斜率補償來進行修正。斜率補償一般是針對阻抗隨某個參數（如溫度、頻率）的變化趨勢進行調整。例如，在溫度變化時，阻抗可能會有線性或非線性的漂移，通過建立數學模型，利用已知的變化斜率來修正測量結果。

Q11VNA 測阻抗，起始/終止頻率設定以后，上升沿時間還需要設定嗎?

儀器會根據被測件的長度優化一個滿足測試的上升沿時間，也可以對這個上升沿時間進行修改，但最小的可設置上升沿時間由測試的頻率范圍決定。

Q12TDR信號在PCB板上傳輸后，經過容性負載和感性負載后，會不會影響TDR的上升時間，最終影響測試分辨率？

會，經過容性負載和感性負載后會影響TDR的信號測試（有會頻率的濾波效應），所以需要使用寬帶的電容或電感來減低頻響帶寬對測試的影響。

第四關：頻率

Q13VNA TDR 選件 start頻率默認300K 和設置為10MHz TDR測試結果有多大區別？

VNA TDR測試時，儀器是沒有辦法從DC測試開始，所以DC的值是由低頻插值獲得的。理論上起始頻率越低插值的精度就會越高，測試的結果也就越精確。

較高的start頻率（如10MHz）可能會提供更好的時間分辨率，能夠檢測更小的阻抗變化或更近的故障點，但同時可能會引入更多的噪聲或對DUT的高頻特性敏感。而較低的start頻率（如300kHz）可能更適合長距離測試或對高頻不敏感的應用，但分辨率較低。

PCB測試中，考慮不同的start頻率如何影響對微小走線缺陷的檢測能力，還需要考慮測試系統的帶寬限制，矢量網絡分析儀的最高頻率和起始頻率共同決定了實際使用的頻段。

Q14網分的IFBW設定規則是什么？

中頻帶寬是指網絡分析儀中中頻濾波器的帶寬。它決定了能夠通過該濾波器的信號頻率范圍，在測量過程中起著過濾噪聲、提高測量精度的作用。

矢網的中頻帶寬IFBW的設置可以改善接收機的性噪比，從而改善矢網的測試動態范圍。但IFBW設置的越小儀器的測試速度也會變慢，所以IFBW的設置是測試精度/動態和測試速度的折中。在網絡分析儀（網分）中，IF（Intermediate Frequency，中頻）設定是一個關鍵操作，它直接影響測量的速度、精度和動態范圍。

精度要求高時減小 IF BW，精度要求低時增大 IF BW。速度優先時增大 IF BW，速度要求不高時減小 IF BW。動態范圍要求高時減小 IF BW，動態范圍要求低時增大 IF BW。

Q15實際操作中，如何對 IF 進行設定？

在進行 IF 設定之前，需要先了解被測器件的信號特性、帶寬、動態范圍等參數，以便根據實際情況選擇合適的 IF BW，初步設定個IFBW進行測量，并對測量結果進行評估。如果測量結果的精度、速度或者動態范圍不符合要求，可以適當調整 IF BW 并再次進行測量，直到獲得滿意的結果為止。

Q16如果是NRZ 32Gbps 測試帶寬，VNA頻率應該設定到多少?

對于NRZ信號的測試，一般設置到1.25倍的符號率就可以，比如40GHz。但根據情況可以適當擴大一些測試頻率的上限。

第五關：校準

Q17請問在校準完成后更改上升時間變小是測試更加嚴格了嗎？什么時候會去變更上升時間呢？

校準完成后減小上升時間會使當前帶寬下比較接近上升沿的極限設置，這是的階躍信號的過沖和波動也會變大，可能會導致阻抗不連續位置的測試波動變大。所以最好是增加測試頻率范圍來減小上升沿的時間。

Q18探針的校準也是使用校準片 short/open/thru來校準嗎？

探針臺的校準過程和機械校準件是類似的，都是需要通過校準件Short/Open/Load/Thru來進行校準，只是矢網通常沒有探針臺校準件的模型文件，需要自行在矢網中建立，或將已有的文件進行導入。

第六關：終極挑戰

Q19如何選擇合適的測試工具嗎？

測試工具的選擇，是影響測試結果、測試效率的關鍵因素，那如何選擇高效、精準的測試設備呢？

1單儀表方案，提高測試效率：

是德科技矢量網絡分析儀，搭配S9x011軟件，可實現增強TDR功能，實現時域和頻域的全參數測試。

此外，S9x011A/B 還支持眼圖/模板模式等更精細的測量和評估，提供抖動注入、加重、均衡功能，可以模擬真實世界的信號和環境，為數字信號完整性工程師提供了一種描述高速串行互連的“單儀表”解決方案。

圖：使用相同校準方法，示波器和矢量網絡分析儀對同一個被測物（USB3.0）進行 TDR 測試結果的比較

2高動態范圍，高級校準技術，提高測試精度

網絡分析儀的動態范圍本質上是系統可以測量的功率范圍，具體可以分為接收機動態范圍（真實動態范圍）和系統動態范圍（無需放大），接收機動態范圍= P最大值– P最小值；系統動態范圍= P參考值– P最小值。一般我們認為，矢量網絡分析儀動態范圍越大，測試的精度也就越高。是德科技多款矢量網絡分析儀，具備強于業界的高動態范圍。

在校準過程中，是德科技N19305B 具備的高級校準功能，能夠實現自動夾具移除（AFR）、TRL校準件設計和驗證向導、Differential Crosstalk 校準測量向導能力。

3是德科技全系列網絡分析儀，覆蓋從低頻到高頻，從高性價比到高性能的全場景測試。

通過PNA系列臺式網絡分析儀實現無與倫比的卓越性能——頻率覆蓋高達120 GHz，可擴展至1.5 THz。

借助ENA系列網絡分析儀大幅降低測試成本——頻率覆蓋高達53 GHz。

使用PXIVNA矢量網絡分析儀加速多端口設備測試——支持高達53 GHz、50端口配置。

關于是德科技

是德科技（NYSE：KEYS）啟迪并賦能創新者，助力他們將改變世界的技術帶入生活。作為一家標準普爾 500 指數公司，我們提供先進的設計、仿真和測試解決方案，旨在幫助工程師在整個產品生命周期中更快地完成開發和部署，同時控制好風險。我們的客戶遍及全球通信、工業自動化、航空航天與國防、汽車、半導體和通用電子等市場。我們與客戶攜手，加速創新，創造一個安全互聯的世界。