1 Introducció

Placa de circuit imprès La integritat del senyal (PCB) ha estat un tema candent en els últims anys. Hi ha hagut molts informes d’investigació nacionals sobre l’anàlisi dels factors que afecten la integritat del senyal de PCB, però la prova de pèrdua de senyal Introducció a l’estat actual de la tecnologia és relativament rara.

La font de la pèrdua de senyal de la línia de transmissió de PCB és la pèrdua del conductor i la pèrdua dielèctrica del material, i també es veu afectada per factors com la resistència de la làmina de coure, la rugositat de la làmina de coure, la pèrdua de radiació, el desajust d’impedància i la diafonia. A la cadena de subministrament, els indicadors d’acceptació dels fabricants de laminats revestits de coure (CCL) i fabricants de PCB express utilitzen constant dielèctrica i pèrdua dielèctrica; mentre que els indicadors entre fabricants i terminals de PCB express solen utilitzar impedància i pèrdua d’inserció, tal com es mostra a la figura 1.

Anàlisi dels factors que influeixen en la integritat del senyal de la placa de circuit imprès de PCB

Per al disseny i l’ús de PCB d’alta velocitat, com mesurar ràpidament i eficaçment la pèrdua de senyal de les línies de transmissió de PCB és de gran importància per a la configuració dels paràmetres de disseny de PCB, la depuració de simulacions i el control del procés de producció.

2. Estat actual de la tecnologia de prova de pèrdua d’inserció de PCB

Els mètodes de prova de pèrdua de senyal de PCB que s’utilitzen actualment a la indústria es classifiquen a partir dels instruments utilitzats i es poden dividir en dues categories: segons el domini del temps o segons el domini de la freqüència. L’instrument de prova del domini del temps és una reflectometria del domini del temps (TDR) o un mesurador de transmissió del domini del temps (TImeDomain Transmission, TDT); l’instrument de prova del domini de freqüència és un analitzador de xarxes vectorials (VNA). A l’especificació de prova IPC-TM650, es recomanen cinc mètodes de prova per a les proves de pèrdua de senyal de PCB: mètode de domini de freqüència, mètode d’ample de banda efectiu, mètode d’energia de pols arrel, mètode de propagació de pols curt, mètode de pèrdua d’inserció diferencial TDR d’un sol extrem.

2.1 Mètode del domini de la freqüència

El mètode de domini de freqüència utilitza principalment un analitzador de xarxa vectorial per mesurar els paràmetres S de la línia de transmissió, llegeix directament el valor de pèrdua d’inserció i, a continuació, utilitza el pendent d’ajust de la pèrdua mitjana d’inserció en un rang de freqüència específic (com ara 1 GHz ~ 5 GHz) Mesureu la superació/falla del tauler.

La diferència en la precisió de mesura del mètode del domini freqüencial prové principalment del mètode de calibratge. Segons els diferents mètodes de calibratge, es pot subdividir en mètodes de calibratge electrònic SLOT (Short-Line-Open-Thru), Multi-Line TRL (Thru-Reflect-Line) i Ecal (Electronic calibraTION).

SLOT es considera normalment un mètode de calibratge estàndard [5]. El model de calibratge té 12 paràmetres d’error. La precisió de calibratge del mètode SLOT està determinada per les parts de calibratge. Les peces de calibratge d’alta precisió les proporcionen els fabricants d’equips de mesura, però les peces de calibratge són cares i, en general, només s’adapten a l’entorn coaxial, la calibració requereix molt de temps i augmenta geomètricament a mesura que augmenta el nombre de terminals de mesura.

El mètode Multi-Line TRL s’utilitza principalment per a la mesura de calibratge no coaxial [6]. D’acord amb el material de la línia de transmissió utilitzat per l’usuari i la freqüència de prova, les peces de calibratge TRL es dissenyen i es produeixen, tal com es mostra a la figura 2. Tot i que el TRL Multi-Line és més fàcil de dissenyar i fabricar que SLOT, el temps de calibratge de El mètode Multi-Line TRL també augmenta geomètricament amb l’augment del nombre de terminals de mesura.

Anàlisi dels factors que influeixen en la integritat del senyal de la placa de circuit imprès de PCB

Per resoldre el problema de la calibració que requereix temps, els fabricants d’equips de mesura han introduït el mètode de calibratge electrònic Ecal [7]. Ecal és un estàndard de transmissió. La precisió de calibratge està determinada principalment per les peces de calibratge originals. Al mateix temps, es prova l’estabilitat del cable de prova i la duplicació del dispositiu de fixació de prova. L’algoritme d’interpolació de rendiment i freqüència de prova també té un impacte en la precisió de la prova. En general, utilitzeu el kit de calibratge electrònic per calibrar la superfície de referència a l’extrem del cable de prova i, a continuació, utilitzeu el mètode de desintegració per compensar la longitud del cable de l’aparell. Com es mostra a la figura 3.

Anàlisi dels factors que influeixen en la integritat del senyal de la placa de circuit imprès de PCB

Per obtenir la pèrdua d’inserció de la línia de transmissió diferencial com a exemple, la comparació dels tres mètodes de calibratge es mostra a la taula 1.

2.2 Mètode d’ample de banda efectiu

L’amplada de banda efectiva (EBW) és una mesura qualitativa de la pèrdua de la línia de transmissió α en sentit estricte. No pot proporcionar un valor quantitatiu de la pèrdua d’inserció, però proporciona un paràmetre anomenat EBW. El mètode efectiu d’amplada de banda és transmetre un senyal de pas amb un temps de pujada específic a la línia de transmissió a través del TDR, mesurar el pendent màxim del temps de pujada després de connectar l’instrument TDR i el DUT i determinar-lo com a factor de pèrdua, en MV /s. Més precisament, el que determina és un factor de pèrdua total relativa, que es pot utilitzar per identificar els canvis en la pèrdua de la línia de transmissió de superfície a superfície o capa a capa [8]. Atès que el pendent màxim es pot mesurar directament des de l’instrument, el mètode efectiu d’ample de banda s’utilitza sovint per a proves de producció massiva de plaques de circuit imprès. El diagrama esquemàtic de la prova EBW es mostra a la figura 4.

Anàlisi dels factors que influeixen en la integritat del senyal de la placa de circuit imprès de PCB

2.3 Mètode de l’energia del pols arrel

Root ImPulse Energy (RIE) sol utilitzar un instrument TDR per obtenir les formes d’ona TDR de la línia de pèrdua de referència i la línia de transmissió de prova, i després realitzar el processament del senyal a les formes d’ona TDR. El procés de prova RIE es mostra a la figura 5:

Anàlisi dels factors que influeixen en la integritat del senyal de la placa de circuit imprès de PCB

2.4 Mètode de propagació de pols curts

El principi de prova del mètode de propagació de pols curts (Short Pulse Propagation, anomenat SPP) és mesurar dues línies de transmissió de diferents longituds, com ara 30 mm i 100 mm, i extreure el coeficient d’atenuació del paràmetre i la fase mesurant la diferència entre les dues. longituds de la línia de transmissió. Constant, tal com es mostra a la figura 6. L’ús d’aquest mètode pot minimitzar l’impacte dels connectors, cables, sondes i precisió de l’oscil·loscopi. Si s’utilitzen instruments TDR d’alt rendiment i IFN (xarxa de formació d’impulsos), la freqüència de prova pot arribar als 40 GHz.

2.5 Mètode de pèrdua d’inserció diferencial TDR d’un sol extrem

TDR d’un sol extrem a pèrdua d’inserció diferencial (SET2DIL) és diferent de la prova de pèrdua d’inserció diferencial que utilitza VNA de 4 ports. Aquest mètode utilitza un instrument TDR de dos ports per transmetre la resposta de pas de TDR a la línia de transmissió diferencial, el final de la línia de transmissió diferencial està en curtcircuit, tal com es mostra a la figura 7. El rang de freqüències de mesura típic del mètode SET2DIL és de 2 GHz ~ 12 GHz, i la precisió de la mesura es veu afectada principalment pel retard inconsistent del cable de prova i el desajust d’impedància del DUT. L’avantatge del mètode SET2DIL és que no cal utilitzar un VNA de 4 ports car i les seves peces de calibratge. La longitud de la línia de transmissió de la peça provada és només la meitat del mètode VNA. La part de calibratge té una estructura senzilla i el temps de calibratge es redueix molt. És molt adequat per a la fabricació de PCB. Prova per lots, tal com es mostra a la figura 8.

Anàlisi dels factors que influeixen en la integritat del senyal de la placa de circuit imprès de PCB

3 Equips de prova i resultats de les proves

El tauler de prova SET2DIL, el tauler de prova SPP i el tauler de prova Multi-Line TRL es van fer utilitzant CCL amb una constant dielèctrica de 3.8, una pèrdua dielèctrica de 0.008 i una làmina de coure RTF; L’equip de prova era un oscil·loscopi de mostreig DSA8300 i un analitzador de xarxes vectorials E5071C; pèrdua d’inserció diferencial de cada mètode. Els resultats de la prova es mostren a la taula 2.

Anàlisi dels factors que influeixen en la integritat del senyal de la placa de circuit imprès de PCB

4 Conclusió

Aquest article presenta principalment diversos mètodes de mesurament de pèrdua de senyal de línia de transmissió de PCB que s’utilitzen actualment a la indústria. A causa dels diferents mètodes de prova utilitzats, els valors de pèrdua d’inserció mesurats són diferents i els resultats de la prova no es poden comparar directament horitzontalment. Per tant, s’ha de seleccionar la tecnologia de prova de pèrdua de senyal adequada d’acord amb els avantatges i limitacions de diversos mètodes tècnics i combinar-la amb les seves pròpies necessitats.