为什么斜匹配的同轴电缆对信号完整性测试和测量很重要？

本文探讨了一些常见的测量参数，以及偏斜匹配的同轴组件如何增加测试设置，以提高整个差分信号表征过程的准确性。

相位稳定性意味着在特定的测试和测量应用中具有可靠的性能，这些应用要求电缆之间的频率和相位紧密匹配，并且温度、振动和挠曲的相对漂移较小。但是，在需要更严格的偏斜公差以实现更同步的分布式时钟链的情况下，相位稳定性可能不足。

斜匹配的同轴电缆专门设计用于满足差分信号应用中不断增长的数据速率需求。本文探讨了一些常见的测量参数，以及偏斜匹配的同轴组件如何能够增强测试设置，从而为整个差分信号表征过程提供更高的准确性。

高速差分信号设备表征

差分信号通常用于高速数字(千兆位)应用中，因为如果将两条线紧密耦合在一起(对于所需的差分阻抗要有足够的导体宽度)，任何噪声都会同样影响两条线。因此，与单端线路相比，过滤噪声通常要容易得多，并且可能会降低传输线路上的发射功率要求。

由非理想设备引入的共模噪声可以在接收器处被抑制。但是，存在交叉模式转换(通用至差分模式，差分至通用模式)，该转换总是由导致器件不对称的制造缺陷引起的。与任何设计、原型和测试过程一样，在生产之前必须充分识别和评估所有电气异常。信号完整性(SI)工程师可以使用许多工具来表征差分设备，而混合模式S参数是理解高速差分系统的更基本且必要的工具之一。

S参数通常使用矢量网络分析仪(VNA)进行测量，是用于设计和分析单端不平衡和差分平衡无源高频系统的极其有用的建模和测量工具。但是，RF应用中的单端、两端口被测设备(DUT)将需要2×2 S参数矩阵进行分析，而两端口差分DUT将利用4×4 S参数矩阵。图1解释了基于公共/差分输入或输出的各种混合模式S参数。

图1.该图显示了基于公共/差分输入或输出的混合模式S参数。

两端口单端S参数显示插入损耗/衰减/增益数据(S21)以及回波损耗/电压驻波比(VSWR)数据(S11)。 差分S参数可以提供差分回波损耗(例如SDD11)、插入损耗(例如SDD21)、近端串扰(NEXT)(SDD31、SCC31、SCD31)、远端串扰(FEXT)(SDD41、SCC41)和差分到共模转换(SCDxx)。该表提供了16种不同混合模式S参数的一般定义，图2说明了混合模式分析中使用的一些更具体的参数。

图2.一些重要的测量参数可以从混合模式s参数中得出。注意：列出的NEXT和FEXT参数是在端口1/2是受害端口，端口3/4是侵害端口的情况下得出的。

时域传输(TDDxx)参数在表征过程中也至关重要，特别是对于抖动分析(眼图)和串扰。 多域测试模板广泛用于测试多千兆位数字标准，例如USB 3.0、以太网和串行器/解串器(SERDES)应用。

请务必注意，单端NxN S参数矩阵与混合模式NxN S参数矩阵(图3)没有直接关系。除了使用混合模式VNA套件外，还可以通过适当的模式转换矩阵从传统的VNA Touchstone(SnP)文件中数学导出混合模式S参数。

图3.可通过模式转换矩阵将单端S参数转换为混合模式S参数。

时域分析(抖动、误码率)

时域分析可以使用示波器(在TDR模式下)、误码率测试仪(BERT)，或执行反离散傅立叶变换(DFT)以从频域(SDD21)转换到时域(TDD21)的VNA。混合模式S参数可用于表征频域中的差分通道(串扰、噪声、插入损耗等)，眼图是评估时钟抖动或信号BER的有用工具。这些都揭示了抖动、干扰和信号衰减问题。其他时域工具，例如单脉冲响应，可以揭示符号间干扰(ISI)或符号对后续符号链的干扰，这通常是由时钟抖动、噪声和串扰引起的。

随着数据速率和时钟频率的升高，抖动测试尤为重要，这会导致眼图张开缩小，并且噪声、串扰和造成抖动的各种制造缺陷的空间要小得多。此外，较短的上升/下降时间反过来又增加了高频频谱的数量，因此，直到五次谐波，仍然经常会有相当多的能量。例如，20 Gb / s的数据速率将与10 GHz的时钟频率相关，这将需要50 GHz的带宽(BW)来显示五次谐波内容(从而提高时域的分辨率)。

对于异常高的数据速率应用，带宽等式(等式1)通常可以成功恢复信号的上升/下降沿。这大大降低了测试设备的带宽和动态范围要求。

其中BW是带宽，而τR是上升时间。

在这些情况下，VNA可以成为多域分析和更直接的通道表征的多合一工具。但是，使用精密的同轴组件，尤其是倾斜匹配的同轴组件，并采用适当的方法消除测试夹具所引起的误差，会增加获得测试设备能够进行的最精确测量的可能性。

延迟匹配的同轴电缆用例

现代高速数字通信系统依赖于往返于发送器或接收器的信号的精确定时。示例包括用于高速I / O信号传输的SERDES以及在USB 3.1、多千兆位以太网和PCI Express等高速接口中发现的通用差分测量。