PCB 高速信號測試相關工程師必看 測試題挑戰<進階篇>
PCB（Printed Circuit Board，印刷電路板）是現代電子產品不可或缺的基礎載體。從伺服器、智慧手機，到電動車和衛星通訊，無處不見 PCB 的身影。
隨著行動通訊與 AI 技術的快速發展，終端產品愈來愈輕薄，資料傳輸速度愈來愈快，對電路板整合能力、高頻高速通訊能力的需求也逐步提升。頻率越高、速率越快，傳輸過程中的信號損耗問題也越嚴重。
通常利用 向量網路分析儀（VNA） 對電路板進行介電常數 / 損耗因子（Dk/Df）、信號完整性 SI（阻抗、上升時間、串擾等）、S 參數（回波損耗、插入損耗）等關鍵參數測試，以確保信號在電路板中的傳輸可靠性。
無論你是高速信號工程師、射頻工程師，還是硬體設計與量測驗證工程師，掌握 PCB 設計與高速信號測試方法，都是保持競爭力的關鍵。
↓↓↓ 以下高頻高速信號題，快來試試吧 ↓↓↓
<回到基礎篇>
損耗相關測試
Q1. PCB傳輸訊號過程中介質損耗與導體損耗如何區分？
- 介質損耗（Dielectric Loss, LD）
- 產生原因：訊號在 PCB 材料介質層中傳輸時，由於極化效應和材料耗散因子（Df）而損耗能量。
- 特點：與材料介電常數 Dk 與 Df 高度相關。
- 導體損耗（Conductor Loss, LC）
- 表面粗糙度散射損耗：導體表面粗糙增加電流路徑，信號能量散失。
- 趨膚效應（Skin Effect）損耗：高頻下電流集中在導體表面，電阻增加，導致訊號衰減。
- 特點：與導體材質、線寬、厚度、表面處理方式密切相關。
將總損耗拆解為介質損耗與導體損耗，可針對不同來源進行優化。
- 高頻交流電下，電流密度不均勻分佈於導體截面，而集中在表層。
- 結果：頻率升高 → 有效截面積減少 → 電阻增加 → 導致導體損耗升高，影響訊號傳輸性能。
Q3. 什麼是Delta-L 測試？
- 來源：由 Intel 提出，用於高效表徵 PCB 傳輸損耗。
- 製作兩個相同設計、唯一路徑長度不同的測試夾具（A線長為X1、B線長為X2）。
- 分別測量這兩條PCB走線+過孔的插入損耗（IL）。
- 取兩者差值再除以線長差 → 得到每單位長度的損耗（去除過孔影響）。
阻抗測試
Q1. 什麼是 TDR 測試？
- TDR（Time-Domain Reflectometry，時域反射計）是一種用來檢測傳輸線阻抗特性的測試技術。
- 原理：當訊號在傳輸路徑中遇到阻抗變化時，部分訊號會被反射回來，部分訊號繼續傳輸，透過 反射波的電壓幅度 可以計算阻抗變化；透過 反射時間差 可以推算變化點的位置。
- 應用：定位斷點或短路點的精確位置、偵測傳輸線上的寄生電容、電感（如過孔）、分析阻抗不連續造成的訊號完整性問題
- 矢網測試特性阻抗主要是頻率逆傅立葉轉換到時域進行分析的，所以上升沿的快慢主要取決於矢網測試的最高頻率範圍。在向量網路分析儀（VNA）測試阻抗時，源訊號上升沿時間（Rise Time）的設定直接影響測試的解析度和訊號品質。
- 上升沿時間是指，訊號從10%到90%幅值的變化時間（通常以tr 表示，單位：ps/nS）。上升沿越陡峭（tr 越小），訊號包含的高頻成分越多，能偵測到更小的阻抗變化和較近的缺陷；上升沿時間與頻域頻寬成反比。
- 上升沿的快慢主要影響的是阻抗測試的時間分辨率，PCB測試中，高時間分辨率有助於發現更短的斷路或更接近的缺陷點。但如果傳輸線很長衰減很大就可能會導致特性阻抗測試的向上漂移影響：
- 解決方法：採取漂移阻抗的斜率補償來進行修正。斜率補償一般是針對阻抗隨某一參數（如溫度、頻率）的變化趨勢進行調整。例如，在溫度變化時，阻抗可能會有線性或非線性的漂移，透過建立數學模型，利用已知的變化斜率來修正測量結果。
Q4. 起始/終止頻率設定後還需調 Rise Time 嗎？
- 儀器會根據被測件的長度優化一個滿足測試的上升沿時間，也可以對這個上升沿時間進行修改，但最小的可設定上升沿時間由測試的頻率範圍決定。
Q5. 容性/感性負載會影響 TDR 解析度嗎？
頻率相關測試
Q1. VNA TDR 起始頻率 300kHz vs. 10MHz 差異
VNA TDR 測試時，儀器無法從 DC 開始測量，DC 值由低頻插值獲得。起始頻率越低，插值精確度越高，測試結果也越精確。
高起始頻率（如 10 MHz）
- 提供更好的時間分辨率
- 可偵測較小的阻抗變化或較近的故障點
- 可能引入更多雜訊，對 DUT 高頻特性敏感
低起始頻率（如 300 kHz）
PCB 測試中，微小走線缺陷的偵測能力取決於起始頻率、測試系統頻寬及 VNA 的最高頻率，共同決定實際使用的頻段。
Q2. 網路分析儀的 IFBW 設定規則
中頻頻寬（IFBW）是網路分析儀中中頻濾波器的頻寬，決定通過濾波器的訊號範圍，影響雜訊過濾與測量精度。
IFBW 對測試精度與動態範圍的影響
- 減小 IFBW → 提高精度與動態範圍，但測試速度變慢
- 增大 IFBW → 測試速度加快，但精度與動態範圍下降
設定原則
- 精度要求高 → 減小 IFBW
- 精度要求低 → 增大 IFBW
- 速度優先 → 增大 IFBW
- 動態範圍要求高 → 減小 IFBW
- 動態範圍要求低 → 增大 IFBW
IFBW 的設定是 測試精度／動態範圍與測試速度的折中，是網路分析儀中關鍵操作之一。
Q3. IFBW 實際操作流程
在進行 IF 設定前，需要先了解被測元件的訊號特性、頻寬與動態範圍，以便選擇適當的 IFBW。
操作流程
- 初步設定 IFBW 進行測量
- 評估測量結果的精確度、速度與動態範圍
- 若結果不符合需求，調整 IFBW 並重新測量
- 重複調整，直到獲得滿意結果
IFBW 的設定是一個反覆評估與調整的過程，以平衡測試精度、速度與動態範圍。
Q4. 如果是 NRZ 32Gbps 測試頻寬，VNA頻率應該設定到多少 ?
對於NRZ訊號的測試，一般設定到1.25倍的符號率就可以，例如40GHz。但根據情況可以適當地擴大一些測試頻率的上限。
量測效率的關鍵因素：如何選擇合適的高速信號測試工具？
1.選擇單儀表方案，提高測試效率
不同於傳統需要多儀器量測，Keysight 向量網路分析儀 (VNA) 可搭配增強 TDR 功能軟體 S9x011。
功能亮點：
-
支援時域 (TDR) 與頻域 (S 參數) 全參數測試
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支援眼圖/模板模式、抖動注入、均衡模擬
-
單儀表完成高速串列互連測試，提高研發效率
圖：使用相同校準方法，示波器和向量網路分析儀對同一個被測物（USB3.0）進行TDR 測試結果的比較
2.高動態範圍：提升高速信號測試精度
在高速 PCB、射頻元件與高速串列接口的測試中，測試精度的高低往往取決於動態範圍與校準技術。
接收機動態範圍：Pmax – Pmin
系統動態範圍：Pref – Pmin
- 動態範圍對測試精度的影響：動態範圍越大 → 測試精度越高，對高速差分線或低損耗材料測試尤其重要
是德科技多款向量網路分析儀，具備強於業界的高動態範圍，可確保高速信號測試的數據精準性。
3.高階校準技術：減少操作誤差並提升測試可靠性
Keysight 網路分析儀系列覆蓋廣泛的測試需求，從低頻到高頻，從高性價比型號到高效能型號，皆能滿足不同應用場景。
藉由高動態範圍與先進校準技術的結合，工程師可更精準地捕捉高速信號傳輸中的微小特性變化，提升設計驗證與量產測試的可靠性
如何在預算有限的情況下選擇量測儀器
在研發或量產測試中，儀器成本往往是一個重要考量。當預算有限時，選擇既經濟實惠，又能兼顧性能與多功能的量測儀器，是提升測試效率的關鍵。
推薦產品：Keysight P93xxB Streamline 系列 USB 向量網路分析儀
- 便攜設計：USB VNA 小巧輕便，可隨身攜帶，研發現場、產線測試、或外部實驗室均適用。
- 低成本高性能：最高頻率可達 44 GHz，支援 differential 與 TDR 測試，功能媲美桌上型高階 VNA。
- 多通道擴充：可將單台 USB VNA 堆疊成多通道（最多 8-port 20 GHz 或 4-port 44 GHz），滿足差動訊號測試需求。
- 一致操作介面：與 Keysight 桌上型 VNA (PNA、ENA、PXI VNA) 擁有相同 GUI 與 SCPI 命令，測量結果可靠。
- 應用廣泛：適合 PCB 製造測試、5G FR2 元件測試、毫米波低損耗介電測量等新興毫米波應用。
可搭配的應用軟體
- S97007B 自動夾具移除 (Automatic Fixture Removal, AFR)
快速消除夾具對量測的影響，適用單端或差分訊號測試，設定檔可重複使用於 Streamline 系列 VNA。
- S97011B 增強型時域分析 (Enhanced Time Domain Analysis with TDR)
支援 TDR/TDT 時域分析，可查看反射與傳輸反應，量測高達 44 GHz 頻寬，確保精準校正並自動偏斜。
- S97551B 多通道擴充量測 (Multiple Instrument Measurements)
多通道分析儀模式，可實現完整的多通道除錯和測量功能，通過在外部PC 上運行的軟體將這些儀器識別為一台 VNA。
Keysight P937X USB網路分析儀DEMO
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