PDN设计之电源完整性 (史密斯).pdf - 第55页
第 3 章 低 阻 抗测 量 39 提 示 在 频 域 中 ， 基 于反 射 信号 的阻 抗是朝 向 DUT 看的 总 集 成 输 入 阻 抗 ， 其取决于 沿 着 整 个分 布式 互 连结 构 的阻 抗 分 布 的 复杂方式 。 如果 DUT 是扩展对 象 （ 例 如图 3-4 所 示的 固定 装置 末 端的理 想 电阻 ） ， 则 存在 入 射 信号 反 射 到 固定 装置 前 部的 可 能 。 信号 通过 固定 装 置 传 播 到…
38
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
电流波形的传播不会失真
。
如果瞬时阻抗因任何原因而改变
，
则会产生反射波
，
并且发射
波会失真
。
提示
所有信号都是动态的
，
并始终在介质中以光速传播到传输线上
。
只要遇到瞬时
阻抗的变化
，
它就会反射出来
。
这个概念是第二种测量阻抗方法的基础
。
图
3-3
给出了两个不同互连结构的简单例子
，
每个具有不同的瞬时阻抗
。
当从左到右
传播的信号到达接口时
，
会看到瞬时阻抗的变化
。
反射信号从右到左传播并返回到源
。
这
是一个动态过程
。
,入射信号
,传输信号
reflected
图
3-3
当信号遇到瞬时阻抗发生变化时
，
会产生反射信号
反射信号与入射信号和接口两侧的阻抗
有关
。
定义两个区域的阻抗为
V
”
,
并根据接
口处的边界条件
，
得出反射系数
：
式中
，
p
是反射系数
；
K
是在
1
侧从左向右传播的人射电压
；
匕是在
1
侧从
右向左
传播的
入射电压
；
Z
］
是区域
1
中的瞬时阻抗
；
Z
2
是区域
2
中的瞬时阻抗
。
这种关系适用于时域和频域
。
在时域中
，
传播波波头的每个部分在任何时刻的电压都
服从这种关系
。
在频域中
，
所有信号都是正弦波
，
每个正弦波都有一个频率
、
幅度和相位
。
频域中的
电压信号用复数进行描述
。
这意味着电
压比
、
反射系数和阻抗都是
复数
。
如果源阻抗
Z1
是众所周知的
，
则可以利用反射系数计算引起反射的第二阻抗
(
Z2
)
。
重新排列公式后
，
进行代数运算
，
可以得出第二个阻抗为
：
Z
2
=
Z1
(3-3)
1
一
。
式中
，
p
是反射系数
；
4
是区域
1
中的瞬时阻抗
；
Z2
是区域
2
中的瞬时阻抗
。
如果源阻抗为
50
。
，
并且传播波从其端点反射
，
则从反射系数中可提取出任何两端
DUT
的输入阻抗为
：
Z
dut
=
50Q
(3-4)
1
一
。
该关系代表了定义阻抗的一种反射方法
，
它与电压和电流比值不同但相等
。
阻抗是被
测设备的
“
输入
”
阻抗
。
如果
DUT
是简单的分立元件
(例
如理想的电阻或电容器)
，
那么输
人阻抗就是元件的阻抗
。
第
3
章低阻抗测量
39
提示
在频域中
，
基于反射信号的阻抗是朝向
DUT
看的总集成输入阻抗
，
其取决于沿
着整个分布式互连结构的阻抗分布的复杂方式
。
如果
DUT
是扩展对象
（
例如图
3-4
所示的
固定装置末端的理想电阻
）
，
则存在入射信号
反射到固定装置前部的可能
。
信号通过固定装
置传播到实际的被测设备中
，
并在每个不连续
处反复多次反弹
。
当人射信号是单个正弦波时
，
反射信号是
来自每个接口的每个反射正弦波的组合
，
包括
来回的所有多个反弹
。
传播回源的净反射信号
是每个正弦波的和
，
每个正弦波具有不同的幅
度和相位
，
但全部具有相同的频率
，
如图
3-5
所示
。
图
3-4
扩展固定装置末端的分立元件
。
入射波
沿分布式固定装置以及
DUT
的多个位置
进行反射
图
3-5
反射信号是来自每个不连续点的所有反射正弦波和它们多次反弹的组合
。
形如
“
闪
电
”
的走线表示互连结构
，
其沿着长度分布的阻抗不连续性变化很大
，
从而导致多
次反射
值得注意的是
，
当一组具有相同频率但具有任意幅度和相位的正弦波相加时
，
所得到
的波形也是具有相同频率的正弦波
。
从
500
源阻抗看
，
反射的正弦波幅度和相位具有
DUT
的总集成阻抗的信息
。
这种输入阻抗的替代定义比
V
〃的比值更一般化
，
并且是适
用于所有结构包括极高频率的测量技术的基础
。
提示
DUT
输入阻抗的另一个定义是基于从
DUT
反射的已知阻抗上的电压大小
。
反
射系数是一个复数
，
是在每个频率下整个
DUT
的总集成输入阻抗的度量
。
我们通过发送一个正在传播的正弦波信号到被测设备
（
其阻抗控制良好
）
来测量被测设
备的输入阻抗
，
并测量反射的正弦波的振幅和相位
。
从已知的源阻抗和测量的反射系数
中
，
我们能提取出
DUT
的阻抗
。
该输入阻抗是从连接正面看的总输入阻抗
，
包括任何固
定装置加上
DUT
。
40
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
执行这种测量的常规仪器是矢量网络分析仪
（
VNA
）
。
3.
4
用
VNA
测量阻抗
矢量网络分析仪中的矢量是指仪器测量波的相位和幅度的特征
。
要想做到这一点
，
它
必须分离出入射和反射信号
，
二者在相同的互连结构中传播
，
尽管方向相反⑴
。
网络分析仪的源阻抗一般是
50
。
。
通常在连接它的同轴电缆末端进行校准
。
VNA
已经
使用了
50
多年
，
并且已经制定了详细的形式来描述它们的测量标准
。
VNA
和
DUT
之间的连接被称为端口
。
VNA
的电子线路将正弦波发送到每个端口
，
同时测量从
DUT
返回到
VNA
端口的任何正弦波
。
DUT
所能看到的每个端口阻抗都被校
准为
50Q,
这包括源端接和精密的同轴电缆
。
只需要测量两个相邻导体之间的电压就能够区分进出
VNA
的波形与普通示波器的不
同
。
但它不能区分测量电压的传播方向
。
图
3-6
显示了在一个正常运行的电路板上
，
信号
和返回导体之间的测量电压
。
板上端子之间的瞬时电压快照没有关于信号在互连传播方向
上的信息
。
如果培训仅是让你作为一名工程师并使用示波器来查看信号
，
那么你将会一直无法看
到电压真正在传导
。
许多示波器信号是在相反方向上传播的两个波的组合
，
并且同时测量
为探测位置处的总电压
。
如果探测点位于互连位置的中间
，
则尤其如此
。
提示
示波器只能测量信号和返回路径之间的总电压
，
而不是信号传播的方向
。
必须
使用进一步的分析来解释示波器上的电压信号
，
并且将互连中各个方向上传播
的信号进行分类
。
VNA
被设计为测量每个端口在两个方向上传播的波的幅度和相位
。
正弦波可以从任何
VNA
端口出来
。
正弦波的一部分进入
DUT,
而另一部分散射出