site logo

Анализ на влияещи фактори върху целостта на сигнала на печатна платка

1 Въведение

Печатна платка (PCB) целостта на сигнала е гореща тема през последните години. Има много доклади за вътрешни изследвания относно анализа на факторите, влияещи върху целостта на сигнала на печатни платки, но тестът за загуба на сигнал Въведението в текущото състояние на технологията е сравнително рядко.

ipcb

Източникът на загуба на сигнал по линията на печатни платки е загубата на проводник и диелектричната загуба на материала, а също така се влияе от фактори като устойчивост на медно фолио, грапавост на медно фолио, загуба на радиация, несъответствие на импеданса и кръстосани смущения. Във веригата за доставки индикаторите за приемане на производителите на ламинат с медно покритие (CCL) и производителите на експресни печатни платки използват диелектрична константа и диелектрични загуби; докато индикаторите между производителите на PCB Express и терминалите обикновено използват импеданс и загуба на вмъкване, както е показано на фигура 1.

Анализ на влияещи фактори върху целостта на сигнала на печатна платка

За проектиране и използване на високоскоростни печатни платки, начинът за бързо и ефективно измерване на загубата на сигнал от линиите за предаване на печатни платки е от голямо значение за настройката на параметрите на дизайна на печатни платки, отстраняване на грешки при симулация и контрол на производствения процес.

2. Текущо състояние на технологията за тестване на загуби при вмъкване на печатни платки

Методите за тестване на загуба на сигнал на печатни платки, използвани в момента в индустрията, са класифицирани от използваните инструменти и могат да бъдат разделени на две категории: въз основа на времевия домейн или въз основа на честотния домейн. Инструментът за тестване на времева област е рефлектометрия във времева област (TDR) или измервател на предаване във времева област (TImeDomain Transmission, TDT); инструментът за изпитване в честотната област е векторен мрежов анализатор (VNA). В спецификацията на теста IPC-TM650 се препоръчват пет тестови метода за тестване на загуба на сигнал на печатни платки: метод на честотната област, метод на ефективна честотна лента, метод на основната импулсна енергия, метод на разпространение на къси импулси, метод на диференциална загуба на вмъкване на TDR с един край.

2.1 Метод на честотната област

Методът на честотния домейн използва главно векторен мрежов анализатор за измерване на S-параметрите на преносната линия, директно отчита стойността на загубата при вмъкване и след това използва наклона на прилягане на средната загуба на вмъкване в определен честотен диапазон (като 1 GHz ~ 5 GHz) Измерете паса/отказа на платката.

Разликата в точността на измерване на метода на честотната област идва главно от метода на калибриране. Според различните методи за калибриране, той може да бъде разделен на електронни методи за калибриране SLOT (Short-Line-Open-Thru), Multi-Line TRL (Thru-Reflect-Line) и Ecal (Електронно калибриране).

СЛОТ обикновено се разглежда като стандартен метод за калибриране [5]. Моделът за калибриране има 12 параметъра за грешка. Точността на калибриране на метода SLOT се определя от частите за калибриране. Високоточните части за калибриране се предоставят от производителите на измервателно оборудване, но частите за калибриране са скъпи и обикновено са подходящи само за коаксиална среда, калибрирането отнема време и се увеличава геометрично с увеличаване на броя на измервателните терминали.

Методът MulTI-Line TRL се използва главно за некоаксиално калибриране [6]. В зависимост от материала на предавателната линия, използван от потребителя, и честотата на изпитване, частите за калибриране на TRL са проектирани и произведени, както е показано на фигура 2. Въпреки че Multi-Line TRL е по-лесен за проектиране и производство от SLOT, времето за калибриране на Методът Multi-Line TRL също се увеличава геометрично с увеличаването на броя на измервателните терминали.

Анализ на влияещи фактори върху целостта на сигнала на печатна платка

За да решат проблема с отнемащото време калибриране, производителите на измервателно оборудване въведоха електронния метод за калибриране Ecal [7]. Ecal е стандарт за предаване. Точността на калибриране се определя главно от оригиналните части за калибриране. В същото време се тества стабилността на тестовия кабел и дублирането на устройството за изпитване. Алгоритъмът за интерполация на производителност и честота на изпитване също оказва влияние върху точността на теста. Като цяло използвайте комплекта за електронно калибриране, за да калибрирате референтната повърхност до края на тестовия кабел и след това използвайте метода за де-вграждане, за да компенсирате дължината на кабела на приспособлението. Както е показано на фигура 3.

Анализ на влияещи фактори върху целостта на сигнала на печатна платка

За да се получи като пример загубата на вмъкване на диференциалната предавателна линия, сравнението на трите метода за калибриране е показано в таблица 1.

2.2 Метод за ефективна честотна лента

Ефективната широчина на честотната лента (EBW) е качествено измерване на загубата на преносна линия α в тесен смисъл. Той не може да предостави количествена стойност на загубата при вмъкване, но предоставя параметър, наречен EBW. Методът на ефективната честотна лента е да се предаде стъпаловиден сигнал със специфично време на нарастване към предавателната линия през TDR, да се измери максималният наклон на времето на нарастване след свързване на TDR инструмента и DUT и да се определи като коефициент на загуба в MV /с. По-точно, това, което той определя, е относителен коефициент на обща загуба, който може да се използва за идентифициране на промените в загубата на преносна линия от повърхност към повърхност или слой към слой [8]. Тъй като максималният наклон може да бъде измерен директно от инструмента, методът на ефективната честотна лента често се използва за тестване на масово производство на печатни платки. Схематичната диаграма на теста EBW е показана на фигура 4.

Анализ на влияещи фактори върху целостта на сигнала на печатна платка

2.3 Метод на кореновата импулсна енергия

Root ImPulse Energy (RIE) обикновено използва TDR инструмент, за да получи TDR вълновите форми на референтната загуба на линия и тестовата предавателна линия и след това да извърши обработка на сигнала върху TDR вълновите форми. Процесът на изпитване на RIE е показан на фигура 5:

Анализ на влияещи фактори върху целостта на сигнала на печатна платка

2.4 Метод за разпространение на къси импулси

Методът за тестване на метода за разпространение на къси импулси (Short Pulse Propagation, наричан SPP) е да се измери две предавателни линии с различни дължини, като 30 mm и 100 mm, и да се извлече коефициентът на затихване на параметрите и фазата чрез измерване на разликата между двете дължини на преносните линии. Постоянна, както е показано на фигура 6. Използването на този метод може да сведе до минимум въздействието на конекторите, кабелите, сондите и точността на осцилоскопа. Ако се използват високопроизводителни TDR инструменти и IFN (мрежа за формиране на импулси), тестовата честота може да достигне до 40 GHz.

2.5 Метод на диференциална загуба на вмъкване на TDR с единичен край

Единичният TDR към диференциална загуба при вмъкване (SET2DIL) е различен от теста за диференциална загуба при вмъкване, използващ 4-портова VNA. Този метод използва двупортов TDR инструмент за предаване на TDR стъпковия отговор към диференциалната предавателна линия , Краят на диференциалната предавателна линия е скъсен, както е показано на фигура 7. Типичният честотен диапазон на измерване на метода SET2DIL е 2 GHz ~ 12 GHz, а точността на измерване се влияе главно от непостоянното забавяне на тестовия кабел и несъответствието на импеданса на DUT. Предимството на метода SET2DIL е, че няма нужда да се използва скъп 4-портов VNA и неговите части за калибриране. Дължината на предавателната линия на тестваната част е само половината от VNA метода. Частта за калибриране има проста структура и времето за калибриране е значително намалено. Много е подходящ за производство на печатни платки. Партиден тест, както е показано на фигура 8.

Анализ на влияещи фактори върху целостта на сигнала на печатна платка

3 Оборудване за изпитване и резултати от изпитването

Тестовата платка SET2DIL, тестовата платка SPP и тестовата платка Multi-Line TRL са направени с помощта на CCL с диелектрична константа 3.8, диелектрични загуби 0.008 и RTF медно фолио; тестово оборудване беше DSA8300 осцилоскоп за проби и E5071C векторен мрежов анализатор; диференциална загуба на вмъкване на всеки метод Резултатите от теста са показани в таблица 2.

Анализ на влияещи фактори върху целостта на сигнала на печатна платка

4 Заключение

Тази статия представя основно няколко метода за измерване на загубата на сигнал от преносна линия на печатни платки, използвани в момента в индустрията. Поради различните използвани методи за изпитване, измерените стойности на загубите при вмъкване са различни и резултатите от теста не могат да се сравняват директно хоризонтално. Следователно, подходящата технология за тестване на загуба на сигнал трябва да бъде избрана според предимствата и ограниченията на различните технически методи и да се комбинира с техните собствени нужди.