一、差分平衡參數測試的應用背景

隨著信息產業的高速發展，對網絡帶寬的需求越來越高，就需要信息設備（如大型服務器、超級計算機和交換機等）能夠承載的數據速率越來越快。目前，信息設備中均采用差分平衡方式進行高速數據的傳輸，信息設備生產商對這類高速互連通道的信號完整性問題也愈發重視，差分平衡參數是其中一個重要測試項。

二、差分平衡參數測試原理

1、平衡器件的定義

傳統的射頻微波器件是單端的，即單輸入單輸出，且輸入輸出接口上的信號有共同的參考地平面，如圖1所示。

圖1 單端器件

但隨著先進的MMIC集成電路的出現，越來越多的射頻電路開始使用差分平衡形式來設計。計算機、服務器中背板的差分平衡時鐘速率已到達上百吉比特每秒，速率如此之高也必須按照射頻和微波器件來考慮。

圖2 平衡器件

平衡器件的輸入或輸出都是兩端口的。平衡器件所傳輸的信號是兩個端口之間電平的差值或平均值，輸入的兩端口或輸出的兩個端口之間互為參考，而不是以地為參考，如圖2所示。

理想情況下，當差分平衡器件的輸入端加上幅度相等、相位相差180度的差模信號時，輸出端得到的也是差模信號，這種工作模式稱為“差模/差?！蹦Ｊ?。理想差分傳輸線不會傳輸幅度相等相位相同的信號，即共模信號，對共模干擾有很好的抑制作用。實際上差分傳輸線輸入和輸出的信號都不可能是理想的，輸入和輸出信號中都有以地為參考的共模信號存在。由差模信號激勵得到共模信號的工作模式稱為“差模/共模”模式。如果輸入信號中含有共模信號，同樣也會激勵得到差模和共模信號，對應的工作模式分別為“共模/差模”和“共模/共?！蹦Ｊ?。

其中“共模/差模”模式會在輸出的差模信號中引入噪聲，于是差分傳輸線抑制由共模信號激勵產生差模信號的能力將是判斷一個該器件性能優劣的重要指標。傳統的S參數并不能區分差模信號和共模信號，更不能反映差分傳輸線各模式的傳輸和不同模式的轉化特性，因此無法準確衡量一個差分平衡器件的性能。為完整表征一個差分平衡器件的特性，需要知道它在差模和共模激勵下的響應，以及在這兩種激勵下的模式轉換信息，以4端口的平衡參數為例，混合模S參數矩陣可以完整表征其特性指標。

其中，混合模S參數用Sabxy的形式表示，前面兩個下標分別表示響應和激勵信號的模式，d代表差模信號，c代表共模信號，后兩位數字下標分別表示響應和激勵的端口。矩陣的左上象限表示傳輸線在差模激勵下的差模響應，右下象限表示傳輸線在共模激勵下的共模響應；矩陣的左下象限表示傳輸線在差模激勵下的共模響應，右上象限表示傳輸線在共模激勵下的差模響應，這兩個象限描述了差分傳輸線的模式轉換信息。

2、3672差分平衡參數設置

任何差分平衡參數測試，首先需要創建相應的混合模S參數的軌跡。

1) 設置軌跡運算的方法

菜單路徑：[軌跡]→[新建軌跡]→[平衡參數]，顯示新建軌跡對話框。

2) 平衡器件拓撲設置方法

路徑： [新建軌跡]對話框→[改變]按鈕，顯示被測件配置對話框；邏輯端口是用來描述矢量網絡分析儀物理測試端口新的平衡測試中的映射關系，具體如下。

1） 任意兩個物理測試端口可以被映射成一個平衡邏輯端口；

2） 任意一個物理測試端口可以被映射成一個單端邏輯端口

圖3 平衡參數拓撲設置對話框

四端口矢量網絡分析儀支持四種平衡器件拓撲形式，可在圖所示對話框進行設置，具體如下：

1）平衡/平衡（2個平衡邏輯端口和四個物理端口）

2）單端/平衡（2個邏輯端口和三個物理端口）

3）平衡/單端（2個邏輯端口和三個物理端口）

4）單端-單端/平衡（3個邏輯端口和三個物理端口）

三 、差分平衡參數測量示例

1、TDR差分阻抗測試方法

傳統上，TDR差分阻抗測試是一種通過使用時域反射計 (TDR) 示波器來評估傳輸線路的常見方法。而基于矢量網絡分析儀 (VNA) 的 TDR 測量作為一種這種時域分析的替代方法，越來越受到人們的關注。兩種方法的測試原理如下圖所示。

基于采樣示波器的時域反射計(TDR)測試方法噪聲相對較大，同時實現高動態范圍和快速測量具有一定難度，雖然通過取平均法可以降低噪聲，但是這會影響測量速度。示波器上用于測量時序偏差的多個信號源之間的抖動，也會導致測量誤差。此外，給TDR示波器設計靜電放電(ESD)保護電路非常困難，因此TDR示波器容易被ESD損壞。這些都可以通過基于VNA的TDR測試方案得以避免。

2、測試步驟

步驟1： 復位3672矢量網絡分析儀，進入下圖界面。

步驟2：設置所需要的起始和終止頻率。

步驟3：點擊右側時域按鈕，進入時域設置狀態。

步驟4：點擊時域變換按鈕，彈出時域變換對話框后，在變換模式中選擇低通階躍，然后選中時域變換。

圖4 時域變換設置

步驟5：接上一步，將時域變換勾除掉。

圖5 去掉時域變換

步驟6：進行全四端口校準。

首先根據校準件和被測件選擇校準方式和連接方式；接著進行校準件和被測件選擇；隨后按照向導步驟進行四端口校準，最后點擊完成。

圖6 全四端口校準

步驟7：點擊新建軌跡，建立差分測試軌跡Sdd11。

圖7 新建差分測試軌跡

步驟8：在平衡參數頁，點擊改變按鈕進行平衡拓撲設置。

圖8 平衡拓撲設置

步驟9：修改平衡拓撲設置，選擇平衡到平衡。

圖9 平衡拓撲設置對話框

步驟10：根據被測件連接情況設置平衡端口和網絡儀端口的關系，如下兩個圖。

圖10 端口映射設置

圖11 實際的物理連接關系

步驟11：選擇軌跡Sdd11，點擊確定。

圖12 測試軌跡選擇

步驟12：選擇阻抗格式。

圖13 選擇阻抗格式

步驟13：【分析】→【時域】→【時域變換】→[低通階躍]，并勾選時域變換，同時根據被測件長度設置起始和終止時間。

圖14 時域變換設置

步驟14：設置光標等觀察阻抗曲線。

圖15 觀察曲線的設置