1 Uvod

Štampana ploča Integritet (PCB) signala je vruća tema posljednjih godina. Bilo je mnogo domaćih istraživačkih izvještaja o analizi faktora koji utiču na integritet PCB signala, ali test gubitka signala Uvod u trenutno stanje tehnologije je relativno rijedak.

Izvor gubitka signala PCB dalekovoda je gubitak provodnika i dielektrični gubitak materijala, a na njega utiču i faktori kao što su otpor bakrene folije, hrapavost bakarne folije, gubitak zračenja, neusklađenost impedancije i preslušavanje. U lancu snabdevanja, indikatori prihvatljivosti proizvođača bakrenih laminata (CCL) i proizvođača PCB ekspresnih štampača koriste dielektričnu konstantu i dielektrične gubitke; dok indikatori između proizvođača PCB expressa i terminala obično koriste impedanciju i gubitak umetanja, kao što je prikazano na slici 1.

Analiza faktora uticaja na integritet signala PCB štampane ploče

Za projektovanje i upotrebu PCB-a velike brzine, kako brzo i efikasno izmeriti gubitak signala PCB prenosnih linija je od velikog značaja za podešavanje parametara dizajna PCB-a, otklanjanje grešaka u simulaciji i kontrolu proizvodnog procesa.

2. Trenutni status tehnologije testiranja gubitka pri umetanju PCB-a

Metode testiranja gubitka signala PCB-a koje se trenutno koriste u industriji klasifikovane su od instrumenata koji se koriste i mogu se podijeliti u dvije kategorije: na osnovu vremenskog domena ili na osnovu frekvencijskog domena. Instrument za testiranje vremenskog domena je reflektometrija u vremenskom domenu (TDR) ili mjerač prenosa u vremenskom domenu (TImeDomain Transmission, TDT); instrument za testiranje frekvencijskog domena je vektorski analizator mreže (VNA). U specifikaciji IPC-TM650 testa, preporučuje se pet metoda ispitivanja za testiranje gubitka signala PCB-a: metoda frekvencijskog domena, metoda efektivne širine pojasa, metoda korijenske energije impulsa, metoda širenja kratkog impulsa, metoda diferencijalnog gubitka umetanja na jednom kraju TDR-a.

2.1 Metoda frekvencijskog domena

Metoda frekvencijskog domena uglavnom koristi vektorski mrežni analizator za mjerenje S-parametara dalekovoda, direktno čita vrijednost gubitka umetanja, a zatim koristi odgovarajući nagib prosječnog gubitka umetanja u određenom frekvencijskom opsegu (kao što je 1 GHz ~ 5 GHz) Izmjerite prolaz/neuspjeh ploče.

Razlika u preciznosti mjerenja metode frekvencijskog domena uglavnom dolazi od metode kalibracije. Prema različitim metodama kalibracije, može se podijeliti na metode elektronske kalibracije SLOT (Short-Line-Open-Thru), Multi-Line TRL (Thru-Reflect-Line) i Ecal (elektronska kalibracija).

SLOT se obično smatra standardnom metodom kalibracije [5]. Kalibracijski model ima 12 parametara greške. Tačnost kalibracije SLOT metode određena je dijelovima kalibracije. Dijelove za kalibraciju visoke preciznosti obezbjeđuju proizvođači mjerne opreme, ali dijelovi za kalibraciju su skupi, i općenito su pogodni samo za koaksijalno okruženje, kalibracija je dugotrajna i geometrijski se povećava kako se broj mjernih terminala povećava.

Multi-Line TRL metoda se uglavnom koristi za nekoaksijalno kalibracijsko mjerenje [6]. Prema materijalu dalekovoda koji korisnik koristi i učestalosti ispitivanja, TRL kalibracioni dijelovi su dizajnirani i proizvedeni, kao što je prikazano na slici 2. Iako je višelinijski TRL lakši za dizajn i proizvodnju od SLOT-a, vrijeme kalibracije Višelinijska TRL metoda također se povećava geometrijski sa povećanjem broja mjernih terminala.

Analiza faktora uticaja na integritet signala PCB štampane ploče

Kako bi riješili problem dugotrajne kalibracije, proizvođači mjerne opreme uveli su Ecal metod elektronske kalibracije [7]. Ecal je standard za prijenos. Preciznost kalibracije je uglavnom određena originalnim dijelovima kalibracije. Istovremeno se ispituje stabilnost ispitnog kabla i dupliranje uređaja za ispitivanje. Algoritam interpolacije performansi i učestalosti testiranja takođe ima uticaj na tačnost testa. Općenito, koristite komplet za elektroničku kalibraciju da kalibrirate referentnu površinu do kraja ispitnog kabela, a zatim koristite metodu de-embeddinga za kompenzaciju dužine kabela učvršćenja. Kao što je prikazano na slici 3.

Analiza faktora uticaja na integritet signala PCB štampane ploče

Da bi se dobio gubitak umetanja diferencijalnog prijenosnog voda kao primjer, poređenje tri metode kalibracije prikazano je u Tabeli 1.

2.2 Metoda efektivnog propusnog opsega

Efektivna širina pojasa (EBW) je kvalitativno mjerenje gubitka u dalekovodu α u strogom smislu. Ne može dati kvantitativnu vrijednost gubitka umetanja, ali pruža parametar koji se zove EBW. Metoda efektivnog propusnog opsega je prijenos signala koraka sa određenim vremenom porasta do dalekovoda kroz TDR, mjerenje maksimalnog nagiba vremena porasta nakon što su TDR instrument i DUT povezani i određivanje ga kao faktor gubitka, u MV /s. Preciznije, ono što određuje je relativni faktor ukupnog gubitka, koji se može koristiti za identifikaciju promjena u gubitku dalekovoda od površine do površine ili sloja do sloja [8]. Budući da se maksimalni nagib može izmjeriti direktno iz instrumenta, metoda efektivne širine opsega se često koristi za testiranje masovne proizvodnje štampanih ploča. Šematski dijagram EBW testa prikazan je na slici 4.

Analiza faktora uticaja na integritet signala PCB štampane ploče

2.3 Metoda energije korijenskog impulsa

Root Impulse Energy (RIE) obično koristi TDR instrument da dobije TDR talasne oblike referentne linije gubitka i testne linije prenosa, a zatim izvrši obradu signala na TDR talasnim oblicima. Proces RIE testa prikazan je na slici 5:

Analiza faktora uticaja na integritet signala PCB štampane ploče

2.4 Metoda širenja kratkog impulsa

Princip ispitivanja metode širenja kratkog impulsa (Short Pulse Propagation, nazvan SPP) je mjerenje dva dalekovoda različitih dužina, kao što su 30 mm i 100 mm, i izdvajanje koeficijenta slabljenja parametra i faze mjerenjem razlike između ta dva dužine dalekovoda. Konstantno, kao što je prikazano na slici 6. Korišćenjem ove metode može se minimizirati uticaj konektora, kablova, sondi i tačnosti osciloskopa. Ako se koriste TDR instrumenti visokih performansi i IFN (mreža za formiranje impulsa), testna frekvencija može biti i do 40 GHz.

2.5 Jednostrani TDR diferencijalni umetljivi gubitak metode

Single-Ended TDR to Differential Insertion Loss (SET2DIL) razlikuje se od testa diferencijalnog gubitka umetanja koji koristi VNA sa 4 porta. Ova metoda koristi TDR instrument sa dva priključka za prijenos TDR koraka odgovora na diferencijalnu dalekovodnu liniju . Kraj diferencijalne dalekovode je kratko spojen, kao što je prikazano na slici 7. Tipični opseg mjerenja frekvencije metode SET2DIL je 2 GHz ~ 12 GHz, a na preciznost mjerenja uglavnom utiče nekonzistentno kašnjenje testnog kabla i neusklađenost impedanse DUT-a. Prednost SET2DIL metode je u tome što nema potrebe za korištenjem skupog VNA sa 4 porta i njegovih dijelova za kalibraciju. Dužina dalekovoda testiranog dijela je samo polovina VNA metode. Dio za kalibraciju ima jednostavnu strukturu i vrijeme kalibracije je znatno smanjeno. Veoma je pogodan za proizvodnju PCB-a. Testiranje serije, kao što je prikazano na slici 8.

Analiza faktora uticaja na integritet signala PCB štampane ploče

3 Ispitna oprema i rezultati ispitivanja

SET2DIL testna ploča, SPP testna ploča i Multi-Line TRL testna ploča izrađeni su korištenjem CCL sa dielektričnom konstantom od 3.8, dielektričnim gubitkom od 0.008 i RTF bakarnom folijom; Testna oprema je bio osciloskop za uzorkovanje DSA8300 i vektorski analizator mreže E5071C; diferencijalni insercijski gubitak svake metode Rezultati ispitivanja su prikazani u tabeli 2.

Analiza faktora uticaja na integritet signala PCB štampane ploče

Zaključak 4

Ovaj članak uglavnom predstavlja nekoliko metoda mjerenja gubitka signala u prijenosnoj liniji PCB-a koji se trenutno koriste u industriji. Zbog različitih metoda ispitivanja koje se koriste, izmjerene vrijednosti gubitka umetanja su različite, a rezultati ispitivanja se ne mogu direktno usporediti horizontalno. Stoga, odgovarajuću tehnologiju ispitivanja gubitka signala treba odabrati u skladu s prednostima i ograničenjima različitih tehničkih metoda, te kombinirati s vlastitim potrebama.