通用美分阻抗测量|信号完整性杂志 - 开云体育官网网站入口

在sub-100μΩ阻抗测量的道路上，我们一定是疯了，因为我们花了整个周末测量一堆硬币。也许我们缺乏共同点?或者我们只是想找到一些道理?不管怎样，我们都有一种需要探索的好奇心。

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来校准Bode 100[2][3]，以减轻矢量网络分析仪(VNA)上缺乏隔离校准步骤的问题。

这两种技术都缓解了隔离校准的不足，重点介绍了两种不同的方法，以方便SHORT校准步骤。一种方法是使用Picotest P2100A-CAL基板上的隔离垫而不是短垫。而另一种方法则使用一便士来执行短校准步骤。这里的想法是，硬币中铜含量的百分比高于P2100A-CAL基板上短焊盘上使用的铜。因此，我们很好奇，想看看我们是否能看到硬币上的铜与图1所示Picotest P2100A-CAL基板上的短衬垫上使用的1盎司铜ENIG光面之间的区别。作为一个有趣的琐事，自1787年以来，已经铸造了超过3000亿枚硬币[4]。这就意味着我们可以多花两美分来比较。

图1 - Picotest P2100A-CAL校准基板。

据livescience.com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”这个名字最初来自英国单词“便士”。[4]。

在我们的探索之初，出于好奇，诺斯罗普·格鲁曼公司的一位同事吉姆·库泽夫斯基提请我们注意，一分钱的铜重量在几十年里发生了变化。令我们惊讶的是，在研究了这些细节之后，美国造币厂的一分钱中的铜含量确实在几十年间发生了变化。

1962年，一分硬币的锡含量很少，被去掉了。这使得硬币的金属成分95%为铜，5%为锌[4]。直到1982年，合金的成分改为97.5%的锌和2.5%的铜(镀铜锌)。这两篇文章都出现在那一年[4]。你可以在美国造币厂的网站上找到更多关于目前便士金属成分的详细信息。

有了这些信息，我们决定进行一次寻宝活动，找到几十年来的硬币进行测量，看看使用这些额外的校准方法是否可以观察到铜的明显差异[2][3]。

我们选择了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。我们通过测量60年来的便士，可以很好地了解铜含量与美国造币厂印刷的硬币相比发生了多大的变化。

图2 -用于测量的不同年代的便士的描绘。

在进行任何测量之前，所有这些硬币都用洗洁精清洗，然后用外用酒精清洗，最后用柠檬汁加盐溶液清洗。

图3提供了使用2端口探头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。在使用P2102A-1X探头的情况下，如图3所示的Rs为0Ω。

图3 -使用Bode 100和Picotest接地隔离器J2102B的2端口并联串联电阻阻抗测量设置。

校准方法见使用P2102A和Bode 100测量欧姆和pH值[2]，采用P2100A-CAL校准基板的隔离垫进行短时校准，如图4所示。校准完成后，测量装置的本底噪声如图6中的品红色曲线所示。

图4 - P2100A-CAL校准板隔离垫上带有1206探针头的P2102A-1X

校准方法见另一个测量欧姆和pH值与P2102A和博德100[3]使用1955年的便士进行短校准，如图5所示。校准完成后，测量装置的噪声本底如图6中的蓝色曲线所示。作为参考，所有便士都是在图5中探头尖端所示的位置测量的。

图5 -每枚硬币的测量位置。

图6 -P2102A-1X 1206在使用隔离垫进行短校准后(洋红色)和使用1955便士进行短校准后(蓝色)在隔离垫上的探头尖端。

图7提供了使用P2102A-1X探头的测量设置的完整描述。

图7 -使用便士和P2102A 2端口探头的测试装置示意图。

图8显示了使用P2100A-CAL校准基板的隔离垫与P2102A 2端口探头进行短校准后，测量的11个便士的结果，日期均为1959年至2019年。如图8的结果所示，所有的便士都有非常相似的直流电阻。我们可以看到测量的最小阻抗徘徊在周围。此外，便士的电感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，探头放置和尖端压缩需要尽可能一致，以帮助实现从被测点到被测点的一致测量。

图8 -使用隔离垫作为短板进行校准后的11个测量便士和P2102A 2端口探针的描绘。

图9显示了在使用P2102A 2端口探针校准期间使用1955便士作为短线测量的7便士的结果。(用于捕获图8中测量值的P2102A上的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在附近徘徊。

然而，我们在接近40MHz时看到稍大的电感变化，从0.22pH变化到8pH。这仍然与我们使用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 -以1955便士作短标后，10枚测得的便士及P2102A二端口探针的图示。

当根据图8和图9所示的结果比较两种校准方法时，我们可以看到，通过使用便士执行短校准步骤，我们降低了整体直流电阻。图10更简单地描述了这种比较，1963便士显示了两种校准方法的结果，此外还比较了P2100A-CAL校准基板短板与两种校准方法的测量结果。

图10提供了两种校准技术的直接比较，仅使用1963年的便士。参考图10和表1，在校准过程中使用1955便士作为短垫，在观察1963便士和P2100A-CAL短垫时，电阻似乎减小了。然而，1963便士在40MHz时的电感变化可以忽略不计，因为它的范围从4.04pH到5.28pH。当将两种校准方法与P2100A-CAL短焊盘进行比较时，可以得出相同的结论，即电感变化可以忽略不计，因为在40MHz时，其变化为25.2pH至25.5pH。然而，当比较1963便士和P2100A-CAL短焊片之间的电感时，我们看到1963便士的电感比P2100A-CAL少了21pH以上。此外，如图10所示，P2100A-CAL校准基板上的短板阻抗已过比1963年硬币的阻抗还要大。根据这一分析，我们可以看到，便士具有比P2100A-CAL校准基板上的ENIG成品1盎司铜短板表面更导电的表面。