PDN设计之电源完整性 (史密斯).pdf - 第59页
第 3 章 低 阻 抗测 量 43 图 3-9 通过 一 对 相邻的 引 线 测 量陶瓷 DIP 我 们 将在整 个 测 量范 围 （ 10MHz 〜 1GHz ） 内 测 出 Su 的 值 并 逐频率 地 转 换 为使 用 复数 代 数 的输 入 阻 抗 。 我 们从中可 计算输 入 阻 抗 ： Z dut （ / ） = 50Q ;吉 翁索 （ 3-9 ） 式 中 ， Z du t （ / ） 是每 个 频率 下 DUT 的 复数 …
42
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
提示
S
参数已成为描述互连结构高频特性的实际标准
。
因此在理解
S
参数上所花费
的努力是值得的
。
在
S
参数的表示形式中
，
S11
与反射系数完全相同
。
由于
VNA
端口的源阻抗为
500,
所以反射
S
参数中
Su
与
DUT
输入阻抗相关
，
为
：
c
Z
dut
-
50
.
r
、
.=Z
dut
+50
⑶
7
）
我们将上式重新排列后
，
基于反射信号的定义
，
DUT
的输入阻抗为
：
Z
dut
=
50c
'+
一
（
3-8
）
1
—
on
这是测量任何
DUT
阻抗的基础
，
其频率可高达
50
GHz
。
一
个代数变换可将测得的复数
Sii
转换成复数阻抗
。
提示
被测设备
（
DUT
）
输入阻抗的另一个定义基于
Sn
。
没有使用假设或模型将设备的
S
”
转换为输入阻抗
，
它只是一个复数代数
。
这个定义完全等同于频域中阻抗的
定义
V/
，
。
它只是开创了测量阻抗的新方法
。
3.5
示例
：
测量
DIP
中两条引线的阻抗
为了展示如何使用
VNA
测量阻抗
，
我们将一个老式的陶瓷
DIP
（
双列直插式封装
）
焊
接到一个
SMA
（
子母版
A
）
连接器上
，
作为与
VNA
连接的夹具
。
测试结构如图
3-8
所示
。
我们选择了两条相邻的引线作为信号和回路连接
。
图
3-8
一个简单的陶瓷
DIP
作为
DUT,
它使用两条相邻的引线作为信号和返回路径
，
并
焊接到
SMA
夹具上
VNA
将正弦波发送到一对引线中
。
它测量通过
VNA
阶跃的每个频率上反射的正弦
波
。
在每个
VNA
频率下测量
S
参数中的
Su
。
图
3-9
显示了利用这个
DUT
测得的
Su
0
封
装的键合架是开放的
，
引脚没有连接到测量的任何东西
。
能看到
SMA
连接器的输入阻抗
最初是在低频下测量的
。
第
3
章低阻抗测量
43
图
3-9
通过一对相邻的引线测量陶瓷
DIP
我们将在整个测量范围
（
10MHz
〜
1GHz
）
内测出
Su
的值并逐频率地转换为使用复数代
数的输入阻抗
。
我们从中可计算输入阻抗
：
Z
dut
（
/
）
=
50Q
;吉翁索
（
3-9
）
式中
，
Z
dut
（
/
）
是每个频率下
DUT
的复数输入阻抗
；
Sii
（
f
）
是每个频率下测量的
S
参数
。
我们可以在任何
SPICE
仿真工具甚至
Excel
中执行这些运算
。
图
3-10
显示了测得的
Su
与转换后输入阻抗之间的比较
。
频率
（
Hz
）
5
4
3
0
0
o
o
o
O
1
C
e
c
i
-
十
)
三
国
遇珊
0
2eO8
4e08
6e08
8e08
le09
频率
（
Hz
）
1
图
包
要
s
s
<
频率
（
Hz
）
3-10
测量的
Su
和转换后的输入阻抗
，
以
频率
（
Hz
）
10MHz
〜
1GHz
的线性频率范围内的陶瓷
DIP
为例
请注意
，
每个频率上提取的阻抗幅度和相位与
Sn
在相同频率下的幅度和相位直接相
关
，
但是关系非常复杂
。
以
Su
的相位为例
，
预测输入阻抗的相位非常困难
。
请注意
，
因
为
Sn
的大小实际上恒定为
OdB,
所以在
S
”
的相位中确实包含所有的阻抗信息
。
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PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
提示即使回波损耗和阻抗都是复数且每个都有一个幅度和相位
，
回波损耗的相位和
阻抗的相位也并不相同
。
阻抗的相位是由每个频率处回波损耗的大小和相位的
复杂组合而引起的
。
不要混淆
Sn
的相位和阻抗的相位
。
每当我们想查看频率图上的阻抗时
，
通过在对数-对数坐标
(
log-log
scale)
上绘制阻抗
和频率
，
解释数据几乎总是更容易
。
在对数坐标中
，
理想电容器的阻抗是斜率为一
1
的直
线
，
理想电感器是斜率为
+
1
的直线
。
对数-对数坐标上一目了然地显示了电容和电感的性质
。
图
3-11
显示了测量出的阻抗,
对数-对数坐标
(
log-log
scale)
上显示幅度
，
线性-对数坐标
(
linear-log
plot)
上显示相位
。
(
a
)
i
?
图
3-11
测量对数-对数坐标上封装引线的阻抗
很明显
，
在这个阻抗图中
，
封装引线在低频时看起来是容性的
，
然而在
800MHz
左右
时看起来是感性的
。
这种初始行为提供了如何在低频下将封装引线建模为简单电容器的线
索
。
在
QUCS
或
Keysight
高级设计系统
(
ADS)
等仿真环境中
，
我们可以将测得的阻抗数
据与通过简单模型预测的阻抗进行比较
。
最简单的模型是理想电容器
。
图
3-12
将测得的阻
抗与
4.
8
pF
电容的模拟阻抗进行比较
。
使用
VNA
我们可以从回波损耗中测量出任何
DUT
的阻抗
，
并将其带入仿真环境进行
进一步分析
。
利用测量的
DUT
S
参数和拟合理想的基于电路拓扑结构的模型来提取模型
参数的过程有时被称为基于测量的建模
。
有时也被称为黑客连接
。
实际上
，
我们正在研究一个可扩展的模型来描述互连的测量结果
，
在其中我们可以修
改或
“
劈开
”
它探索假设问题
。
这是识别互连行为根本原因的强大技术
。
3.6
示例
：
测量小导线回路的阻抗
我们可以使用
VNA
技术来测量任何
DUT
对各种元件的高频阻抗
。
图
3-13
显示了一
个直径约为
lin(lin=0.
0254m)
的小导线回路
，
用单端口
VNA
来测量
，
同时测得
S]1
的幅
度和相位
。
导线回路连接在
VNA
端口的信号和参考端子之间
。
在此测量中
，
两个连接器
中的一个连接到
VNA
端口
。