泰克示波器的特性阻抗测试系统性能分析

陈韵羽

四川建筑职业技术学院，四川德阳 618000

泰克示波器的特性阻抗测试系统性能分析

陈韵羽

四川建筑职业技术学院，四川德阳 618000

对于PCB生产，传输线特性阻抗测量十分重要。阻抗测量系统性能好坏直接影响测量结果的好坏。论文使用测量系统分析方法中的方差分析法，根据GRR％、P/T％值、可区分类别数（ndc）以及量具R&R图综合评价系统好坏。据分析，测量系统稳定，重复性和再现性好，测量系统变异较小。

特性阻抗；测量系统分析；重复性；再现性

随着电子产品的迅速发展，电子产品设计系统的主频越来越高，渐精细的工艺技术使得晶体管尺寸越来越小，因而器件的信号跳变沿也就越来越快，传输线的反射、时延、振铃都会造成信号间串扰［1］，从而更加严重地破坏高速数字电路系统信号的完整性。因此，电路板生产完成后，需要测量电路板传输线阻抗值，判定其是否符合相关规定，以满足实际的生产需要。

为了获得更加可靠的阻抗值，需要对阻抗测量系统性能进行评估［2］。通常情况下使用过程控制的方法分析影响产品质量的偶然因素，但是如果所用测量系统本身产生的误差过大时，将会掩盖过程控制时因偶然因素造成的误差。为了避免造成上述情况发生，则需要对测量系统进行评价，使用测量系统分析（MSA Measurement System Analysis）方法进行评估［3］。本文仅对特性阻抗测量系统的重复性和再现性进行评价。

1 数据测量要求

1.1仪器校准

在使用DSA8200示波器时，需要注意静电保护，仪器开启30min以后再进行测量。当仪器内部温度异常时，需要进行校准，该校准过程需要几分钟才能完成。直到仪器显示温度标示为绿色为止。

1.2数据采集

探针和待测试样条的连接处由于阻抗不连续，将会产生波动，波形过渡不平稳。调整水平值，使整个试样条的测量值铺满整个水平面，取波形中50％-70％（两条绿线之间的范围）获得试样条的平均阻抗值。

2 测量具体步骤

取12个试样条，分成两组进行测量：第一组均为50Ω试样条6个，样品编号1～6；第二组50Ω、75Ω、100Ω各两个，样品编号1～6。3个测量员A、B、C，分别对两组试样条重复测量3次，测量不分先后顺序，随机抽取，直到全部测量结束，3个测量员均不知道彼此的测量结果。

3 系统性能分析

测量系统分析中，通常使用的是量具的重复性和再现性（Gauge R&R，Gauge Repeatability and Reproducibility）评判系统性能的好坏［4］。对测量数据进行分析的方法通常有两种：均值-极差法和方差分析法。两种方法相比之下，方差分析法较优，能更准确地评估变差，可从实验数据中得到更多的信息，使用于任何实验。因此，本文采用方差分析法分析测量数据。

3.1系统性能评价指标

在IPC-TM-650中Measurement Precise Estimation Variables Data规定，若GRR％和P/T％处于10％-30％之间，测量系统可视情况接受，若均小于10％，测量系统状况良好。根据特性阻抗测量的具体测量而言，两项指标均小于30％便可接受。GRR％和P/T％计算公式如下所示

除了上述两个指标外，系统的可区分类别数ndc（the number of distinct categories）要大于等于5。ndc代表系统识别部件间差异的能力。

3.2测量数据分析结果

运用方差分析法，使用minitab软件分析数据，第一组测量50Ω试样条的量具R&R结果如表1和表2所示。R&R（方差分析）图如图1所示。

表1　第一组各分量方差及贡献率

过程公差=10

表2　第一组各分量标准差及个变异贡献率

可区分的类别数=9

第二组分别由50Ω、75Ω、100Ω试样条各取两个组成，经分析，其量具R&R结果如表3和表4所示。R&R（方差分析）图如图2所示。

表3　第二组各分量方差及贡献率

表4　第二组各分量标准差及个变异贡献率

可区分的类别数=481

从两组测量结果的极差控制图中可得，所有点均落在控制上下限之间，说明测量系统稳定，操作员使用量具的一致性很好。

4 总结

本文应用测量系统分析方法中的方差分析法，评价了基于泰克示波器的特性阻抗测试系统的性能。最终结果表明系统性能稳定，测量系统误差小，重复性和再现性等各个指标符合MSA的评价标准。同时测量的结果能够满足实际生产要求。

［1］戴文，王芳，刘燕竹.高速数字电路PCB设计中的阻抗控制［J］.电子技术应用，2006（06）.

［2］黄书伟，赵丹玲.PCB设计的阻抗控制与阻抗匹配［J］.电子质量，2005（04）.

［3］徐兰.测量系统误差分析研究［D］.南京理工大学，2007.

［4］董祺.测量系统分析方法的研究及应用［D］.西安电子科技大学，2011.

TN934

A

1674-6708（2015）147-0146-02