探头对阻抗测试一定有影响？不信来看
发布时间：2021-07-26 10:48
作者：797966金沙娱场城高速先生自媒体成员 周伟
为什么阻抗测试范围不能是整个线路段而是30%（50%）~70%段呢？上次雷豹的这个疑问不好意思直接问师傅，但他也没有停下找寻答案的脚步，既然师傅不好问，还可以问旁边的师兄飞哥嘛！于是他又厚着脸皮问起了师兄。
师兄飞哥倒是爽快，开始耐心地给雷豹普及起阻抗测试的基础性知识：“小雷，这个问题我之前也问过师傅，现在还有点印象，正好给你说说加强一下，有些遗漏什么的你到时候再去查资料吧。阻抗测试一般是PCB板厂作为出厂时的一个产品验证指标，因为涉及到多批次的数据，所以对于结果的重复性及准确性来说就比较关键，又因为它是根据时间和长度反射回来的一条曲线，没法在某点固定取值读数，所以这个结果又取决于取值区间，一般要求这个取值区间阻抗尽量平稳，这样才能反映线路真实的阻抗值，你现在知道为什么不能看整个曲线段的结果了吧。”
雷豹若有所悟，忙不迭的答道：“阻抗区间平稳的地方应该是线路中间段，因为前端是探头与板子接触，板子如果是Coupon条那么接触点就是过孔，如果是测试板内的线路，那么一般接触点就是焊盘等，这个接触点不可避免会造成阻抗不连续，而末端一般是开路，我们都知道开路阻抗无穷大，所以看到的阻抗曲线是近似垂直向上的，这个开路阻抗对末端线路的阻抗也会有抬升影响，为了让测试结果更接近实际，阻抗按照线路的30%（50%）~70%段进行取值就显得比较科学了，是这样吗？”
“不错，你刚刚其实还提到了一个很关键的影响，那就是探头，不同的探头对前端阻抗的影响非常大，这个可能还会影响整个线路段的阻抗，我们接着来讨论下不同探头所测试的结果差异。”师兄飞哥补充道，默默的喝了口水润了润嗓子，继续给雷豹普及起来。 “我们常规的探头一般是手持式探头，这种探头呈现的是感性，往往接口地片越长（地针离信号针越远），感性越大，和待测物接触时的阻抗也就越高，下面是一些常见的手持式探头。
图1、常见的手持式探头
这些探头测试的结果容易受地针到信号针的环路长度影响（又叫地环），如下图2所示。
图2、 探头地环的影响
拿我们自己手上的单端探头去测试阻抗，当地针放不同的位置时，可以看到如下图3所示前端的阻抗差异比较大，探头的影响持续到30%的区间，同时对整个阻抗也会有一些影响，所以我们在取值的时候要取阻抗波动比较平稳的区间也是有道理的，如果探头的接地环路更大，则会影响超过30%的区间，所以后面才又出来50%~70%的取值区间，至今还是被绝大多数板厂采用。
图3、实际手持探头的阻抗测试结果
除了手持式的感性探头，很多客户端会采用SMA头来直接进行测量，我们常用的SMA探头如下图4所示。
图4、常见高频SMA头
上面都是高频SMA头，可以应用在不同的场合，编号1和2的SMA头需要焊接，后面两种采用螺丝固定，可以重复多次使用。我们都知道焊接都是需要用锡，不同的人或者工艺焊接的性能也是有差异，锡保留多少最终导致阻抗也是有差异，一般编号1的SMA探头焊接完多数呈现容性，后面几种看设计时优化的好坏情况呈现不同的阻抗值。曾经我们有个客户就是用这种编号1的SMA头导致测试阻抗和板厂出厂时的阻抗偏差很大，一度怀疑制板有问题，请看下面的图5所示，前端的阻抗低到怀疑人生有木有？
图5、SMA头测试结果
同样的线路板厂使用手持式探头测试的结果如下图6所示。
图6、手持式探头测试结果
当然不管是SMA探头还是手持式的探头，直接点测对前端的阻抗影响还是比较大，所以市面上还有精度比较高的微探头，这种探头可以极大的减小感性及容性带来的影响，缺点就是测试点需要有一定的间距要求（固定Pitch），由于探头很小有些甚至需要在显微镜下操作，使用相对不是很方便，还有个最主要的缺点就是价格非常贵，非财大气粗的老板们还是悄悄绕道避开算了，反正我还没有用过，但不得不说下面这种探头测试出来的结果和SMA探头的结果对比还是比较理想的，如下图7所示。
图7、微探头测试结果
就算没有这种微探头，照样不会影响我们对阻抗进行良好的设计和优化，尤其是现在我们使用了可拆卸的高频SMA头，在经历了多次测试板的优化后，我们现在的高频SMA探头与板子接触点处的阻抗已经可以完全匹配了，下图8是我们分别用图4中的SMA编号3和编号4进行测试的夹具板阻抗，可以看到前端探头处阻抗基本没有什么波动，这个才是TRL去嵌测试板或夹具板最关键的技术，也是直接反映夹具性能的特征，因为现在大部分高速信号夹具接口都是使用的高频SMA头，而这个SMA头和PCB板接触点的阻抗（我们又叫Launch阻抗）才是最关键的因素，往往我们大部分工作都是在优化这个接触点的阻抗。”
图8、优化好的SMA头阻抗测试结果
没想到之前看起来很简单的阻抗测试，原来还有这么深的水，雷豹又被师兄刚才的讲解深深的折服了，陷入暗暗的沉思，看来自己以后该学的还有很多，骚年，继续努力吧！
