Analyse af indflydelsesfaktorer for signalintegritet af PCB-printkort

1 Indledning

Printkort (PCB) signalintegritet har været et varmt emne i de seneste år. Der har været mange indenlandske forskningsrapporter om analyse af faktorer, der påvirker PCB-signalintegriteten, men signaltabstesten Introduktion til teknologiens nuværende tilstand er relativt sjælden.

ipcb

Kilden til PCB transmissionslinjesignaltab er ledertabet og dielektrisk tab af materialet, og det påvirkes også af faktorer som kobberfoliemodstand, kobberfolieruhed, strålingstab, impedansmismatch og krydstale. I forsyningskæden bruger acceptindikatorerne for producenter af kobberbeklædt laminat (CCL) og PCB-ekspresproducenter dielektrisk konstant og dielektrisk tab; mens indikatorerne mellem PCB Express-producenter og terminaler normalt bruger impedans og indføringstab, som vist i figur 1.

Analyse af indflydelsesfaktorer for signalintegritet af PCB-printkort

For højhastigheds-PCB-design og -brug er det af stor betydning for indstillingen af ​​PCB-designparametre, simuleringsfejlfinding og kontrol af produktionsprocessen, hvordan man hurtigt og effektivt måler signaltabet af PCB-transmissionslinjer.

2. Nuværende status for PCB-indsættelsestabstestteknologi

Testmetoderne for PCB-signaltabstest, der i øjeblikket anvendes i industrien, er klassificeret fra de anvendte instrumenter og kan opdeles i to kategorier: baseret på tidsdomænet eller baseret på frekvensdomænet. Tidsdomænetestinstrumentet er en Time Domain Reflectometry (TDR) eller en tidsdomænetransmissionsmåler (TImeDomain Transmission, TDT); frekvensdomænetestinstrumentet er en Vector Network Analyzer (VNA). I IPC-TM650-testspecifikationen anbefales fem testmetoder til testning af PCB-signaltab: frekvensdomænemetode, effektiv båndbreddemetode, rodpulsenergimetode, metode for kort pulsudbredelse, enkelt-endet TDR differentiel indsættelsestabsmetode.

2.1 Frekvensdomænemetode

Frekvensdomænemetoden bruger hovedsageligt en vektornetværksanalysator til at måle transmissionslinjens S-parametre, aflæser direkte indsættelsestabsværdien og bruger derefter tilpasningshældningen for det gennemsnitlige indsættelsestab i et specifikt frekvensområde (såsom 1 GHz ~ 5 GHz) Mål bestået/ikke-bestået på brættet.

Forskellen i målenøjagtigheden af ​​frekvensdomænemetoden kommer hovedsageligt fra kalibreringsmetoden. I henhold til de forskellige kalibreringsmetoder kan den opdeles i SLOT (Short-Line-Open-Thru), Multi-Line TRL (Thru-Reflect-Line) og Ecal (Electronic calibraTIon) elektroniske kalibreringsmetoder.

SLOT betragtes normalt som en standard kalibreringsmetode [5]. Kalibreringsmodellen har 12 fejlparametre. Kalibreringsnøjagtigheden af ​​SLOT-metoden bestemmes af kalibreringsdelene. Højpræcisionskalibreringsdelene leveres af måleudstyrsproducenterne, men kalibreringsdelene er dyre og generelt kun egnede til koaksiale miljøer, kalibrering er tidskrævende og stiger geometrisk i takt med at antallet af måleterminaler stiger.

Multi-Line TRL-metoden bruges hovedsageligt til ikke-koaksial kalibreringsmåling [6]. I henhold til materialet i transmissionsledningen, der anvendes af brugeren og testfrekvensen, er TRL-kalibreringsdelene designet og produceret, som vist i figur 2. Selvom Multi-Line TRL er lettere at designe og fremstille end SLOT, er kalibreringstiden på Multi-Line TRL-metoden øges også geometrisk med stigningen i antallet af måleterminaler.

Analyse af indflydelsesfaktorer for signalintegritet af PCB-printkort

For at løse problemet med tidskrævende kalibrering har producenter af måleudstyr indført den elektroniske kalibreringsmetode Ecal [7]. Ecal er en transmissionsstandard. Kalibreringsnøjagtigheden bestemmes hovedsageligt af de originale kalibreringsdele. Samtidig testes stabiliteten af ​​testkablet og duplikeringen af ​​testfixturenheden. Interpolationsalgoritmen for ydeevne og testfrekvens har også indflydelse på testnøjagtigheden. Brug generelt det elektroniske kalibreringssæt til at kalibrere referenceoverfladen til enden af ​​testkablet, og brug derefter de-indlejringsmetoden til at kompensere kabellængden af ​​fiksturen. Som vist i figur 3.

Analyse af indflydelsesfaktorer for signalintegritet af PCB-printkort

For at opnå indføringstabet af den differentielle transmissionslinje som et eksempel, er sammenligningen af ​​de tre kalibreringsmetoder vist i tabel 1.

2.2 Effektiv båndbreddemetode

Effektiv båndbredde (EBW) er en kvalitativ måling af transmissionslinjetab α i streng forstand. Det kan ikke give en kvantitativ værdi for indsættelsestab, men det giver en parameter kaldet EBW. Den effektive båndbreddemetode er at transmittere et trinsignal med en specifik stigetid til transmissionslinjen gennem TDR, måle den maksimale hældning af stigetiden efter at TDR-instrumentet og DUT er forbundet, og bestemme det som tabsfaktoren i MV /s. Mere præcist, hvad det bestemmer er en relativ total tabsfaktor, som kan bruges til at identificere ændringerne i transmissionsledningstabet fra overflade til overflade eller lag til lag [8]. Da den maksimale hældning kan måles direkte fra instrumentet, bruges den effektive båndbreddemetode ofte til masseproduktionstest af printplader. Det skematiske diagram af EBW-testen er vist i figur 4.

Analyse af indflydelsesfaktorer for signalintegritet af PCB-printkort

2.3 Rodpulsenergimetode

Root ImPulse Energy (RIE) bruger normalt et TDR-instrument til at opnå TDR-bølgeformerne for referencetabslinjen og testtransmissionslinjen og derefter udføre signalbehandling på TDR-bølgeformerne. RIE-testprocessen er vist i figur 5:

Analyse af indflydelsesfaktorer for signalintegritet af PCB-printkort

2.4 Metode til udbredelse af kort puls

Testprincippet for kort pulsudbredelse (Short Pulse Propagation, benævnt SPP) er at måle to transmissionslinjer af forskellig længde, såsom 30 mm og 100 mm, og udtrække parameterdæmpningskoefficienten og fasen ved at måle forskellen mellem de to transmissionsledningslængder. Konstant, som vist i figur 6. Brug af denne metode kan minimere påvirkningen af ​​stik, kabler, sonder og oscilloskops nøjagtighed. Hvis der anvendes højtydende TDR-instrumenter og IFN (Impulse Forming Network), kan testfrekvensen være så høj som 40 GHz.

2.5 Single-ended TDR differential insertion loss metode

Single-Ended TDR til Differential Insertion Loss (SET2DIL) er forskellig fra differential insertion tab-testen ved brug af 4-ports VNA. Denne metode bruger et to-ports TDR-instrument til at transmittere TDR-trinsvaret til differentialtransmissionslinjen. Enden af ​​differentialtransmissionslinjen er kortsluttet, som vist i figur 7. Det typiske målefrekvensområde for SET2DIL-metoden er 2 GHz ~ 12 GHz, og målenøjagtigheden er hovedsageligt påvirket af den inkonsekvente forsinkelse af testkablet og impedansmismatchet af DUT. Fordelen ved SET2DIL-metoden er, at der ikke er behov for at bruge en dyr 4-ports VNA og dens kalibreringsdele. Længden af ​​transmissionsledningen af ​​den testede del er kun halvdelen af ​​VNA-metoden. Kalibreringsdelen har en enkel struktur og kalibreringstiden er stærkt reduceret. Det er meget velegnet til PCB-fremstilling. Batchtest, som vist i figur 8.

Analyse af indflydelsesfaktorer for signalintegritet af PCB-printkort

3 Testudstyr og testresultater

SET2DIL testplade, SPP testplade og Multi-Line TRL testplade blev fremstillet ved hjælp af CCL med dielektrisk konstant på 3.8, dielektrisk tab på 0.008 og RTF kobberfolie; testudstyr var DSA8300 prøvetagning oscilloskop og E5071C vektor netværk analysator; differentielt indsættelsestab for hver metode Testresultaterne er vist i tabel 2.

Analyse af indflydelsesfaktorer for signalintegritet af PCB-printkort

4 Konklusion

Denne artikel introducerer hovedsageligt adskillige målemetoder til måling af PCB-transmissionslinjesignaltab, der i øjeblikket anvendes i industrien. På grund af de forskellige anvendte testmetoder er de målte indføringstabsværdier forskellige, og testresultaterne kan ikke direkte sammenlignes horisontalt. Derfor bør den passende testteknologi for signaltab vælges i henhold til fordelene og begrænsningerne ved forskellige tekniske metoder og kombineres med deres egne behov.