陳韻羽

四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川德陽(yáng) 618000

泰克示波器的特性阻抗測(cè)試系統(tǒng)性能分析

陳韻羽

四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川德陽(yáng) 618000

對(duì)于PCB生產(chǎn)，傳輸線特性阻抗測(cè)量十分重要。阻抗測(cè)量系統(tǒng)性能好壞直接影響測(cè)量結(jié)果的好壞。論文使用測(cè)量系統(tǒng)分析方法中的方差分析法，根據(jù)GRR％、P/T％值、可區(qū)分類別數(shù)（ndc）以及量具R&R圖綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)好壞。據(jù)分析，測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定，重復(fù)性和再現(xiàn)性好，測(cè)量系統(tǒng)變異較小。

特性阻抗；測(cè)量系統(tǒng)分析；重復(fù)性；再現(xiàn)性

隨著電子產(chǎn)品的迅速發(fā)展，電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主頻越來越高，漸精細(xì)的工藝技術(shù)使得晶體管尺寸越來越小，因而器件的信號(hào)跳變沿也就越來越快，傳輸線的反射、時(shí)延、振鈴都會(huì)造成信號(hào)間串?dāng)_［1］，從而更加嚴(yán)重地破壞高速數(shù)字電路系統(tǒng)信號(hào)的完整性。因此，電路板生產(chǎn)完成后，需要測(cè)量電路板傳輸線阻抗值，判定其是否符合相關(guān)規(guī)定，以滿足實(shí)際的生產(chǎn)需要。

為了獲得更加可靠的阻抗值，需要對(duì)阻抗測(cè)量系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)估［2］。通常情況下使用過程控制的方法分析影響產(chǎn)品質(zhì)量的偶然因素，但是如果所用測(cè)量系統(tǒng)本身產(chǎn)生的誤差過大時(shí)，將會(huì)掩蓋過程控制時(shí)因偶然因素造成的誤差。為了避免造成上述情況發(fā)生，則需要對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，使用測(cè)量系統(tǒng)分析（MSA Measurement System Analysis）方法進(jìn)行評(píng)估［3］。本文僅對(duì)特性阻抗測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性和再現(xiàn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 數(shù)據(jù)測(cè)量要求

1.1儀器校準(zhǔn)

在使用DSA8200示波器時(shí)，需要注意靜電保護(hù)，儀器開啟30min以后再進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)儀器內(nèi)部溫度異常時(shí)，需要進(jìn)行校準(zhǔn)，該校準(zhǔn)過程需要幾分鐘才能完成。直到儀器顯示溫度標(biāo)示為綠色為止。

1.2數(shù)據(jù)采集

探針和待測(cè)試樣條的連接處由于阻抗不連續(xù)，將會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，波形過渡不平穩(wěn)。調(diào)整水平值，使整個(gè)試樣條的測(cè)量值鋪滿整個(gè)水平面，取波形中50％-70％（兩條綠線之間的范圍）獲得試樣條的平均阻抗值。

2 測(cè)量具體步驟

取12個(gè)試樣條，分成兩組進(jìn)行測(cè)量：第一組均為50Ω試樣條6個(gè)，樣品編號(hào)1～6；第二組50Ω、75Ω、100Ω各兩個(gè)，樣品編號(hào)1～6。3個(gè)測(cè)量員A、B、C，分別對(duì)兩組試樣條重復(fù)測(cè)量3次，測(cè)量不分先后順序，隨機(jī)抽取，直到全部測(cè)量結(jié)束，3個(gè)測(cè)量員均不知道彼此的測(cè)量結(jié)果。

3 系統(tǒng)性能分析

測(cè)量系統(tǒng)分析中，通常使用的是量具的重復(fù)性和再現(xiàn)性（Gauge R&R，Gauge Repeatability and Reproducibility）評(píng)判系統(tǒng)性能的好壞［4］。對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的方法通常有兩種：均值-極差法和方差分析法。兩種方法相比之下，方差分析法較優(yōu)，能更準(zhǔn)確地評(píng)估變差，可從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中得到更多的信息，使用于任何實(shí)驗(yàn)。因此，本文采用方差分析法分析測(cè)量數(shù)據(jù)。

3.1系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

在IPC-TM-650中Measurement Precise Estimation Variables Data規(guī)定，若GRR％和P/T％處于10％-30％之間，測(cè)量系統(tǒng)可視情況接受，若均小于10％，測(cè)量系統(tǒng)狀況良好。根據(jù)特性阻抗測(cè)量的具體測(cè)量而言，兩項(xiàng)指標(biāo)均小于30％便可接受。GRR％和P/T％計(jì)算公式如下所示

除了上述兩個(gè)指標(biāo)外，系統(tǒng)的可區(qū)分類別數(shù)ndc（the number of distinct categories）要大于等于5。ndc代表系統(tǒng)識(shí)別部件間差異的能力。

3.2測(cè)量數(shù)據(jù)分析結(jié)果

運(yùn)用方差分析法，使用minitab軟件分析數(shù)據(jù)，第一組測(cè)量50Ω試樣條的量具R&R結(jié)果如表1和表2所示。R&R（方差分析）圖如圖1所示。

表1　第一組各分量方差及貢獻(xiàn)率

過程公差=10

表2　第一組各分量標(biāo)準(zhǔn)差及個(gè)變異貢獻(xiàn)率

可區(qū)分的類別數(shù)=9

第二組分別由50Ω、75Ω、100Ω試樣條各取兩個(gè)組成，經(jīng)分析，其量具R&R結(jié)果如表3和表4所示。R&R（方差分析）圖如圖2所示。

表3　第二組各分量方差及貢獻(xiàn)率

表4　第二組各分量標(biāo)準(zhǔn)差及個(gè)變異貢獻(xiàn)率

可區(qū)分的類別數(shù)=481

從兩組測(cè)量結(jié)果的極差控制圖中可得，所有點(diǎn)均落在控制上下限之間，說明測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定，操作員使用量具的一致性很好。

4 總結(jié)

本文應(yīng)用測(cè)量系統(tǒng)分析方法中的方差分析法，評(píng)價(jià)了基于泰克示波器的特性阻抗測(cè)試系統(tǒng)的性能。最終結(jié)果表明系統(tǒng)性能穩(wěn)定，測(cè)量系統(tǒng)誤差小，重復(fù)性和再現(xiàn)性等各個(gè)指標(biāo)符合MSA的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)測(cè)量的結(jié)果能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。

［1］戴文，王芳，劉燕竹.高速數(shù)字電路PCB設(shè)計(jì)中的阻抗控制［J］.電子技術(shù)應(yīng)用，2006（06）.

［2］黃書偉，趙丹玲.PCB設(shè)計(jì)的阻抗控制與阻抗匹配［J］.電子質(zhì)量，2005（04）.

［3］徐蘭.測(cè)量系統(tǒng)誤差分析研究［D］.南京理工大學(xué)，2007.

［4］董祺.測(cè)量系統(tǒng)分析方法的研究及應(yīng)用［D］.西安電子科技大學(xué)，2011.

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1674-6708（2015）147-0146-02