在通往sub-100μΩ阻抗测量的路上，我们一定是疯了，因为我们花了整个周末来测量一堆硬币。也许我们缺乏共同点?还是说我们只是想找点道理?不管怎样，我们都有一种需要被探索的好奇心。
最近，我们写了一篇关于校准用于低阻抗测量的2端口探头[1]。在我们发表这篇文章后不久，Steve尝试了另外两种技术，用Bode 100[2][3]进行校准，以缓解矢量网络分析仪(VNA)上缺乏隔离校准步骤的问题。
这两种技术都是为了缓解隔离校准的不足，着重于两种不同的方法来促进SHORT校准步骤。一种方法是在Picotest P2100A-CAL衬底上使用隔离垫代替短垫。而另一种方法是用硬币来执行短的校准步骤。这里的想法是硬币中铜含量的百分比高于P2100A-CAL衬底上短衬垫上使用的铜。因此，我们很好奇，想看看硬币上的铜和1盎司铜(图1所示的Picotest P2100A-CAL衬底上的短衬垫使用的ENIG铜)之间的区别。作为一点有趣的琐事，自1787年以来，已经铸造了超过3000亿个便士。这就意味着我们可以多出两美分来进行比较。
图1 - Picotest P2100A-CAL校准衬底。
据《生活科学》网站报道，有些人可能不知道硬币的最初设计是由本·富兰克林提出的。“便士”这个名字最初来源于英国单词“便士”。[4]。
在我们基于好奇心的探索之初，诺斯罗普·格鲁曼公司的同事吉姆·库泽夫斯基(Jim Kuszewski)引起了我们的注意，一分钱的铜重量在过去几十年里已经发生了变化。让我们惊讶的是，在研究了这个细节后，美国造币厂的便士中的铜含量确实在不同的几十年里发生了变化。
1962年，分币中锡的含量被去掉了，分币中锡的含量非常少。这使得这一分的金属成分为95%的铜和5%的锌。直到1982年，合金的成分改为97.5%的锌和2.5%的铜(镀铜锌)。这两篇作文的分都出现在那一年[4]。你可以在美国造币厂的网站上找到更多关于便士目前金属成分的细节。
有了这些信息，我们决定进行一次寻宝游戏，寻找几十年来的硬币来测量，看看使用这些额外的校准方法是否可以观察到铜的显著差异[2][3]。
我们选定了20世纪50年代、60年代、70年代、80年代、90年代和2010年代的12枚硬币，如图2所示。我们计算出，通过测量60年间的硬币，我们可以很好地了解美国造币厂印刷的硬币的铜含量变化了多少。
图2 -用于测量的不同年代硬币的描述。
在测量之前，所有这些硬币都用洗洁精洗过，然后用外用酒精洗过，最后用柠檬汁加盐溶液洗过。
图3提供了使用2端口探针P2102A、Bode 100和J2102B共模变压器的2端口并联阻抗测量测试设置的示意图。在P2102A-1X探针的情况下，如图3所示的Rs为0Ω。
图3使用Bode 100和Picotest接地隔离器J2102B串联电阻阻抗测量设置的2端口并联。
根据所示的校准方法用P2102A和Bode 100测量u欧姆和pH值采用P2100A-CAL校准衬底的隔离垫[2]进行短校准，如图4所示。校准完成后，测量设置的噪声下限如图6中洋红色曲线所示。
图4 - P2102A-1X在P2100A-CAL校准板的隔离垫上，探头头为1206。
根据所示的校准方法另一个测量u欧姆和pH与P2102A和波德100[3]，一个日期为1955年的便士用于短校准，如图5所示。校准完成后，测量装置的噪声下限如图6中蓝色曲线所示。作为参考，所有硬币都在图5中探针尖端所示的位置进行了测量。
图5 -用于每一便士的测量位置的描述。
图6使用隔离垫进行短校准(洋红色)和使用1955便士进行短校准(蓝色)后隔离垫上的-P2102A-1X 1206探针尖端。
图7提供了使用P2102A-1X探针的测量设置的完整描述。
图7 -使用便士和P2102A 2端口探针的测试设置描述。
图8显示了11枚硬币的测量结果，时间均为1959年至2019年，在使用P2100A-CAL校准衬底的隔离垫与P2102A 2端口探针进行短校准后。如图8所示，所有硬币的直流电阻都非常相似。我们可以看到最小阻抗测量在附近徘徊
．此外，便士的感应性质似乎都非常接近，范围从1pH到6pH在40Mhz。当使用浏览器探头测量这些低阻抗值时，探头的位置和尖端压缩需要尽可能一致，以帮助实现从DUT到DUT的一致测量。
图8 -使用隔离垫作为校准简称后，11个测量硬币和P2102A 2端口探针的描述。
图9显示了使用P2102A 2端口探针校准时，使用1955年硬币作为短币测量的7便士的结果。(P2102A上用于捕获图8中测量值的1206探针尖端也用于图9中所示的结果。)
同样，每一枚硬币的直流电阻似乎都非常相似。我们看到一个类似的低阻抗地板徘徊在附近．
然而，在接近40MHz时，我们看到电感变化略大，从0.22pH值到8pH值不等。这与我们使用P2100A-CAL上的隔离垫进行短校准步骤的其他校准方法所取得的结果非常相似。
图9 -使用1955年便士作为校准简称后，10个测量便士和P2102A 2端口探针的描述。
根据图8和图9所示的结果，对比两种校准方法，我们可以看到，通过使用硬币执行较短的校准步骤，我们降低了整体的直流电阻。图10显示了这种比较的一个更简单的描述，1963年的硬币显示了两种校准方法的结果，此外还比较了P2100A-CAL校准衬底短垫与两种校准方法的测量结果。
图10直接比较了1963年使用硬币的两种校准技术。参考图10和表1，在校准过程中使用1955年硬币作为短板，当观察1963年硬币和P2100A-CAL短板时，电阻似乎降低了。然而，在40兆赫的1963便士电感的变化是可以忽略的，因为它的范围从4.04pH到5.28pH。当将两种校准方法与P2100A-CAL短衬垫进行比较时，可以得出相同的结论，即电感变化可以忽略不计，因为在40MHz下的变化为25.2pH到25.5pH。然而，当比较1963便士和P2100A-CAL短衬垫之间的电感时，我们看到1963便士的电感比P2100A-CAL少21pH以上。此外，如图10所示，P2100A-CAL标定基板上短衬垫的阻抗是过的
比1963年硬币的阻抗还大。基于此分析，我们可以看到便士的导电性比P2100A-CAL校准基板上ENIG完成的1盎司铜短衬垫表面强得多。
图10 -用P2102A 2端口探针测量的1963年硬币和P2100A-CAL校准衬底短垫的描述，两种校准方法均使用1955年硬币作为校准简称，使用P2100A-CAL隔离垫作为校准简称。
表1 -图10所示的测量结果汇总。
总之，即使Bode 100缺乏隔离校准方法，也有一些方法表明，使用2端口P2102A浏览器探针，Bode 100仍然可以实现sub-100μΩ阻抗测量。
根据这些测量中显示的信息，不可能说这两种备选校准方法中哪一种更好。在得出这个结论之前，还需要做更多的努力和研究。然而，通过使用这两种校准方法中的任何一种，硬币被证明比在P2100A-CAL校准基板上的ENIG完成的1盎司铜垫具有更高的导电性。
最后，尽管美国铸造的便士的铜含量在过去几十年里已经发生了变化，从95%的铜到今天的2.5%的铜，先前的阻抗测量表明，便士在校准期间可以作为波德100的短件使用。
参考文献
- 丹南，B.和桑德勒，S.(2021)。校准用于低阻抗PDN测量的2端口探针．信号完整性杂志。
- 桑德勒，s(2021年，5月14日)。用P2102A和Bode 100测量u欧姆和pH值．用小环装饰。
- 桑德勒，s(2021年，5月14日)。另一个测量u欧姆和pH与P2102A和波德100．用小环装饰。
- Staff, L. S.(2016年6月21日)。一便士是什么做的?《生活科学》。
- 使用2端口并联的超低阻抗(20微欧姆)测量
- 用小环装饰P2102A -2端口PDN传输线探头
- 用小环装饰J2102B-N -共模变压器
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