在很多PCB板、晶圓的測試中，高頻探針是一個必不可少的探測工具。特別是高速數字電路板、微波芯片的測試中，對于探針的阻抗、損耗等都有非常高的要求。那么問題來了，探針本身的性能好壞如何衡量？

下圖是我們拿到的兩根用于高速電路板飛針測試的探針，看起來外觀完全一樣，都是通過焊接把針尖、地線、探針主體和2.92mm接頭焊接在一起。為了對其進行區分，我們姑且標注為1號探針和2號探針。

對于這種探針來說，一種方法是用VNA通過測試針對探針設計的開路、短路和負載校準件校準到探針的末端，但這種方法并不能完整提取出探針的參數模型。另一種方法是把VNA校準到2.92mm電纜的末端，然后對探針進行測試，但這種方法只能測試反射參數，測試傳輸參數比較困難。綜合考慮下來，我們決定使用VNA的AFR(自動夾具移除)功能來進行探針的參數提取。

AFR是VNA的一個新的測試功能，針對一端是同軸另一端是非同軸接口的夾具、PCB板等，可以通過一次反射測試就得到被測件的全S參數。使用AFR功能的前提是非同軸一端是接近理想的開路或短路，另外靠近非同軸一側有一段均勻的傳輸線（4~6倍上升時間）。考慮到這次測試的探針前端是有一段均勻傳輸線的，所以可以適用AFR功能；探針前端的針尖有一定長度，有一定的輻射效應，可能不是理想的開路，所以可以通過連接在短路片上實現近似理想的短路。下圖是AFR的功能的使用場景。

測試中我們使用了利用40GHz頻率范圍的N5244A PNA-X矢量網絡分析儀和PLTS物理層分析軟件，能夠對探針的性能做全方位的測試和分析，從而作為判斷探針質量的一個依據。首先利用PNAX和電子校準件，測試探針經過短路后的S11參數。再利用PLTS 分析軟件以及AFR校準技術，得到探針的4 個S參數、時域阻抗參數和響應時間參數。下面是分別測試1號探針和2 號探針后，再用PLTS軟件轉換，得到二個探針的特性曲線。

1、探針的頻域反射特性。圖1是1號針的S11，圖2 是2號針的S11。

圖1、1 號針的S11

圖2、2 號針的S11

從二個探針的S11曲線可以得出如下結果，1號針頻率范圍從10 MHz- 30GHz 的回波損耗好于-20dB, 典型值達到-24dB。而對于2號針，頻率高于15GHz時，回波損耗差于-20dB，從曲線上可以得到典型值：在24GHz時，為-15.07dB。說明1號針的工作頻率可以到達30GHz，而2號針在工作頻率高于15GHz時，存在的反射會明顯影響阻抗測試的一致性。

2、 探針的時域阻抗特性分析。圖3是1號針的時域阻抗，圖4 是2號針的時域阻抗。

圖3、1 號針的時域阻抗參數

圖4、2 號針的時域阻抗參數

利用PLTS軟件，能夠將器件的頻域S參數，轉化為時域的阻抗參數，從而得到器件在信號傳播路徑上的阻抗參數。從二個探針的時域阻抗曲線可以測量到，在0.21ns 處，2 號針有一個高于1 號針的阻抗突變，經過判斷，該阻抗突變點的位置在探針2.92mm同軸連機器與探針主體的過渡連接處。這個阻抗突變點表明2 號針過渡處的阻抗連續性要比1 號針差，其他位置的阻抗特性與1 號針相近。初步判斷是因為2 號針連接處的阻抗突變影響了探針的工作頻率范圍。

3、探針的響應時間特性分析。圖5是1號針的響應時間參數，圖6 是2號針的響應時間參數。

圖5、1 號針的響應時間參數

圖6、2 號針的響應時間參數

探針的響應時間特性測試，是利用測試系統提供的上升沿為16ps 時域激勵信號，激勵探針，測試探針響應后的上升沿時間。測試功能由PLTS軟件完成。從測試的參數可以得到：經過探針后，1號針將16ps 的系統上升時間延緩到28ps，2號針將16ps 的系統上升時間延緩到30ps。

通過以上對探針性能的測試與分析，我們了解到利用PNAX和PLTS物理層分析軟件，能夠測試器件的時域阻抗，從而可以分析器件內部的結構特性。同時又可以利用S參數，得出器件的頻域特性以及其工作的頻率范圍。PLTS軟件還可以進一步得到該器件對信號上升沿時間的響應特性。另外，PLTS軟件的AFR技術獨到之處在于，能夠測試得到單端口連接器件(如探針)的全S參數，從而可以詳細測試分析其內部結構阻抗、頻域和時域參數。

注：以上測試是一次典型的對探針性能參數的測試，其測試結果會受到多個因數的影響，如對探針的短路連接方式、轉接頭的類型等，都會影響測試結果的準確性。以上分析僅供了解AFR功能參考，其測試結果不做為任何判決依據。