1 Úvod

Plošný spoj Integrita signálu (PCB) je v posledních letech žhavým tématem. Existuje mnoho domácích výzkumných zpráv o analýze faktorů ovlivňujících integritu signálu PCB, ale test ztráty signálu Úvod do současného stavu technologie je poměrně vzácný.

Zdrojem ztráty signálu přenosové linky PCB je ztráta vodiče a dielektrická ztráta materiálu a je také ovlivněna faktory, jako je odpor měděné fólie, drsnost měděné fólie, ztráta záření, nesoulad impedance a přeslechy. V dodavatelském řetězci používají indikátory přijatelnosti výrobců měděných laminátů (CCL) a expresních výrobců PCB dielektrickou konstantu a dielektrické ztráty; zatímco indikátory mezi výrobci PCB Express a terminály obvykle používají impedanci a vložný útlum, jak je znázorněno na obrázku 1.

Analýza faktorů ovlivňujících integritu signálu desky plošných spojů

Pro návrh a použití vysokorychlostních DPS má velký význam, jak rychle a efektivně změřit ztrátu signálu přenosových linek DPS, pro nastavení parametrů návrhu DPS, simulační ladění a řízení výrobního procesu.

2. Současný stav technologie testování vložného útlumu

Metody testování ztráty signálu PCB v současnosti používané v průmyslu jsou klasifikovány podle používaných přístrojů a lze je rozdělit do dvou kategorií: na základě časové oblasti nebo na základě frekvenční oblasti. Testovacím nástrojem v časové oblasti je Time Domain Reflectometry (TDR) nebo měřič přenosu v časové oblasti (TImeDomain Transmission, TDT); testovacím nástrojem ve frekvenční oblasti je Vector Network Analyzer (VNA). Ve specifikaci testu IPC-TM650 je doporučeno pět testovacích metod pro testování ztráty signálu PCB: metoda frekvenční domény, metoda efektivní šířky pásma, metoda základní energie pulzu, metoda šíření krátkého pulzu, metoda diferenciálního vložného útlumu TDR s jedním koncem.

2.1 Metoda ve frekvenční oblasti

Metoda frekvenční domény používá hlavně vektorový síťový analyzátor k měření S-parametrů přenosové linky, přímo čte hodnotu vložného útlumu a poté používá přizpůsobovací sklon průměrného vložného útlumu ve specifickém frekvenčním rozsahu (jako je 1 GHz ~ 5 GHz) Změřte úspěšnost/selhání desky.

Rozdíl v přesnosti měření u metody ve frekvenční oblasti pochází hlavně z metody kalibrace. Podle různých metod kalibrace ji lze rozdělit na elektronické kalibrační metody SLOT (Short-Line-Open-Thru), MulTI-Line TRL (Thru-Reflect-Line) a Ecal (Electronic calibration).

SLOT je obvykle považován za standardní kalibrační metodu [5]. Kalibrační model má 12 chybových parametrů. Přesnost kalibrace metody SLOT je dána kalibračními částmi. Vysoce přesné kalibrační části jsou poskytovány výrobci měřicích zařízení, ale kalibrační části jsou drahé, a obecně vhodné pouze pro koaxiální prostředí, kalibrace je časově náročná a geometricky se zvyšuje s rostoucím počtem měřicích terminálů.

Metoda MulTI-Line TRL se používá především pro nekoaxiální kalibrační měření [6]. Podle materiálu přenosového vedení používaného uživatelem a testovací frekvence jsou kalibrační díly TRL navrženy a vyrobeny, jak je znázorněno na obrázku 2. Ačkoli je Multi-Line TRL jednodušší na konstrukci a výrobu než SLOT, doba kalibrace Metoda Multi-Line TRL se také geometricky zvyšuje s nárůstem počtu měřicích svorek.

Analýza faktorů ovlivňujících integritu signálu desky plošných spojů

Aby se vyřešil problém časově náročné kalibrace, zavedli výrobci měřicích zařízení metodu elektronické kalibrace Ecal [7]. Ecal je přenosový standard. Přesnost kalibrace je dána především originálními kalibračními díly. Současně se testuje stabilita zkušebního kabelu a duplikace zařízení zkušebního přípravku. Interpolační algoritmus výkonu a testovací frekvence má také vliv na přesnost testu. Obecně použijte elektronickou kalibrační sadu ke kalibraci referenčního povrchu ke konci testovacího kabelu a poté použijte metodu de-embedding pro kompenzaci délky kabelu přípravku. Jak je znázorněno na obrázku 3.

Analýza faktorů ovlivňujících integritu signálu desky plošných spojů

To obtain the insertion loss of the differential transmission line as an example, the comparison of the three calibration methods is shown in Table 1.

2.2 Metoda efektivní šířky pásma

Efektivní šířka pásma (EBW) je kvalitativní měření ztráty přenosového vedení α v přísném slova smyslu. Nemůže poskytnout kvantitativní hodnotu vložného útlumu, ale poskytuje parametr zvaný EBW. Metodou efektivní šířky pásma je přenos skokového signálu se specifickou dobou náběhu do přenosové linky přes TDR, měření maximální strmosti doby náběhu po připojení přístroje TDR a DUT a určení jako ztrátový faktor v MV. /s Přesněji, to, co určuje, je relativní celkový ztrátový faktor, který lze použít k identifikaci změn ve ztrátě přenosového vedení z povrchu na povrch nebo z vrstvy na vrstvu [8]. Vzhledem k tomu, že maximální strmost lze měřit přímo z přístroje, metoda efektivní šířky pásma se často používá pro hromadné testování desek plošných spojů. Schematický diagram testu EBW je znázorněn na obrázku 4.

Analýza faktorů ovlivňujících integritu signálu desky plošných spojů

2.3 Metoda kořenové pulzní energie

Root ImPulse Energy (RIE) obvykle používá přístroj TDR k získání křivek TDR referenčního ztrátového vedení a testovacího přenosového vedení a poté provádí zpracování signálu na křivkách TDR. Proces testu RIE je znázorněn na obrázku 5:

Analýza faktorů ovlivňujících integritu signálu desky plošných spojů

2.4 Metoda šíření krátkého pulzu

Principem testu metody šíření krátkých pulzů (Short Pulse Propagation, označované jako SPP) je měření dvou přenosových vedení různých délek, jako je 30 mm a 100 mm, a extrahování koeficientu útlumu parametru a fáze měřením rozdílu mezi těmito dvěma délky přenosového vedení. Konstantní, jak je znázorněno na obrázku 6. Použití této metody může minimalizovat vliv konektorů, kabelů, sond a přesnosti osciloskopu. Při použití vysoce výkonných přístrojů TDR a IFN (Impulse Forming Network) může být testovací frekvence až 40 GHz.

2.5 Jednostranná diferenciální metoda vložného útlumu TDR

Single-Ended TDR to Differential Insertion Loss (SET2DIL) se liší od diferenciálního testu insertion loss pomocí 4portového VNA. Tato metoda používá dvouportový přístroj TDR k přenosu skokové odezvy TDR na diferenciální přenosové vedení , Konec diferenciálního přenosového vedení je zkratovaný, jak je znázorněno na obrázku 7. Typický rozsah měřicí frekvence metody SET2DIL je 2 GHz ~ 12 GHz a přesnost měření je ovlivněna především nekonzistentním zpožděním testovacího kabelu a impedančním nesouladem zkoušeného zařízení. Výhodou metody SET2DIL je, že není potřeba používat drahý 4portový VNA a jeho kalibrační části. Délka přenosového vedení testované části je pouze poloviční oproti metodě VNA. Kalibrační část má jednoduchou strukturu a doba kalibrace je značně zkrácena. Je velmi vhodný pro výrobu DPS. Dávkový test, jak je znázorněno na obrázku 8.

Analýza faktorů ovlivňujících integritu signálu desky plošných spojů

3 Testovací zařízení a výsledky testů

Testovací deska SET2DIL, testovací deska SPP a testovací deska Multi-Line TRL byly vyrobeny pomocí CCL s dielektrickou konstantou 3.8, dielektrickou ztrátou 0.008 a měděnou fólií RTF; testovacím zařízením byl vzorkovací osciloskop DSA8300 a vektorový síťový analyzátor E5071C; diferenciální vložný útlum každé metody Výsledky testu jsou uvedeny v tabulce 2.

Analýza faktorů ovlivňujících integritu signálu desky plošných spojů

Závěr 4

Tento článek především představuje několik metod měření ztráty signálu přenosové linky PCB, které se v současnosti v průmyslu používají. Vzhledem k různým použitým testovacím metodám se naměřené hodnoty vložného útlumu liší a výsledky testu nelze přímo horizontálně porovnávat. Proto by měla být vhodná technologie testování ztráty signálu vybrána podle výhod a omezení různých technických metod a kombinována s jejich vlastními potřebami.