1 Εισαγωγή

Τυπωμένου κυκλώματος Η ακεραιότητα του σήματος (PCB) είναι ένα καυτό θέμα τα τελευταία χρόνια. Έχουν υπάρξει πολλές εγχώριες ερευνητικές εκθέσεις σχετικά με την ανάλυση παραγόντων που επηρεάζουν την ακεραιότητα του σήματος PCB, αλλά η δοκιμή απώλειας σήματος Εισαγωγή στην τρέχουσα κατάσταση της τεχνολογίας είναι σχετικά σπάνια.

Η πηγή απώλειας σήματος γραμμής μετάδοσης PCB είναι η απώλεια αγωγού και η διηλεκτρική απώλεια του υλικού και επηρεάζεται επίσης από παράγοντες όπως η αντίσταση του φύλλου χαλκού, η τραχύτητα του φύλλου χαλκού, η απώλεια ακτινοβολίας, η αναντιστοιχία σύνθετης αντίστασης και η αλληλεπίδραση. Στην αλυσίδα εφοδιασμού, οι δείκτες αποδοχής των κατασκευαστών ελασμάτων με επένδυση χαλκού (CCL) και των κατασκευαστών PCB express χρησιμοποιούν διηλεκτρική σταθερά και διηλεκτρική απώλεια. ενώ οι δείκτες μεταξύ κατασκευαστών PCB express και τερματικών συνήθως χρησιμοποιούν σύνθετη αντίσταση και απώλεια εισαγωγής, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1.

Ανάλυση παραγόντων που επηρεάζουν την ακεραιότητα του σήματος της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος PCB

Για τον σχεδιασμό και τη χρήση PCB υψηλής ταχύτητας, ο τρόπος γρήγορης και αποτελεσματικής μέτρησης της απώλειας σήματος των γραμμών μετάδοσης PCB έχει μεγάλη σημασία για τη ρύθμιση των παραμέτρων σχεδιασμού PCB, τον εντοπισμό σφαλμάτων προσομοίωσης και τον έλεγχο της διαδικασίας παραγωγής.

2. Τρέχουσα κατάσταση της τεχνολογίας δοκιμής απώλειας εισαγωγής PCB

Οι μέθοδοι δοκιμής απώλειας σήματος PCB που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος στον κλάδο ταξινομούνται από τα όργανα που χρησιμοποιούνται και μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: με βάση τον τομέα χρόνου ή με βάση τον τομέα συχνότητας. Το όργανο δοκιμής τομέα χρόνου είναι μια αντανακλαστική μέτρηση τομέα χρόνου (TDR) ή ένας μετρητής μετάδοσης τομέα χρόνου (TimeDomain Transmission, TDT). το όργανο δοκιμής τομέα συχνότητας είναι ένας αναλυτής δικτύου διανυσμάτων (VNA). Στην προδιαγραφή δοκιμής IPC-TM650, συνιστώνται πέντε μέθοδοι δοκιμής για τη δοκιμή απώλειας σήματος PCB: μέθοδος τομέα συχνότητας, μέθοδος αποτελεσματικού εύρους ζώνης, μέθοδος ενέργειας παλμού ρίζας, μέθοδος διάδοσης βραχέων παλμών, μέθοδος απώλειας διαφορικής εισαγωγής TDR μονού άκρου.

2.1 Μέθοδος τομέα συχνότητας

Η μέθοδος τομέα συχνότητας χρησιμοποιεί κυρίως έναν αναλυτή διανυσματικού δικτύου για τη μέτρηση των παραμέτρων S της γραμμής μεταφοράς, διαβάζει απευθείας την τιμή απώλειας εισαγωγής και στη συνέχεια χρησιμοποιεί την κλίση προσαρμογής της μέσης απώλειας εισαγωγής σε μια συγκεκριμένη περιοχή συχνοτήτων (όπως 1 GHz ~ 5 GHz) Μετρήστε το πέρασμα/αποτυχία της πλακέτας.

Η διαφορά στην ακρίβεια μέτρησης της μεθόδου του τομέα συχνότητας προέρχεται κυρίως από τη μέθοδο βαθμονόμησης. Σύμφωνα με τις διαφορετικές μεθόδους βαθμονόμησης, μπορεί να υποδιαιρεθεί σε μεθόδους ηλεκτρονικής βαθμονόμησης SLOT (Short-Line-Open-Thru), Multi-Line TRL (Thru-Reflect-Line) και Ecal (Ηλεκτρονική βαθμονόμηση).

Η SLOT θεωρείται συνήθως ως τυπική μέθοδος βαθμονόμησης [5]. Το μοντέλο βαθμονόμησης έχει 12 παραμέτρους σφάλματος. Η ακρίβεια βαθμονόμησης της μεθόδου SLOT προσδιορίζεται από τα μέρη βαθμονόμησης. Τα εξαρτήματα βαθμονόμησης υψηλής ακρίβειας παρέχονται από τους κατασκευαστές εξοπλισμού μέτρησης, αλλά τα εξαρτήματα βαθμονόμησης είναι ακριβά. Και γενικά είναι κατάλληλα μόνο για ομοαξονικό περιβάλλον, η βαθμονόμηση είναι χρονοβόρα και αυξάνεται γεωμετρικά καθώς αυξάνεται ο αριθμός των τερματικών μέτρησης.

Η μέθοδος Multi-Line TRL χρησιμοποιείται κυρίως για μη ομοαξονική μέτρηση βαθμονόμησης [6]. Σύμφωνα με το υλικό της γραμμής μεταφοράς που χρησιμοποιείται από τον χρήστη και τη συχνότητα δοκιμής, τα εξαρτήματα βαθμονόμησης TRL σχεδιάζονται και παράγονται, όπως φαίνεται στο σχήμα 2. Αν και το Multi-Line TRL είναι ευκολότερο στο σχεδιασμό και την κατασκευή από το SLOT, ο χρόνος βαθμονόμησης Η μέθοδος TRL πολλαπλών γραμμών αυξάνεται επίσης γεωμετρικά με την αύξηση του αριθμού των τερματικών μέτρησης.

Ανάλυση παραγόντων που επηρεάζουν την ακεραιότητα του σήματος της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος PCB

Προκειμένου να λυθεί το πρόβλημα της χρονοβόρας βαθμονόμησης, οι κατασκευαστές εξοπλισμού μέτρησης έχουν εισαγάγει την ηλεκτρονική μέθοδο βαθμονόμησης Ecal [7]. Το Ecal είναι ένα πρότυπο μετάδοσης. Η ακρίβεια βαθμονόμησης καθορίζεται κυρίως από τα αρχικά εξαρτήματα βαθμονόμησης. Ταυτόχρονα, ελέγχεται η σταθερότητα του καλωδίου δοκιμής και η αντιγραφή της συσκευής στερέωσης δοκιμής. Ο αλγόριθμος παρεμβολής της απόδοσης και της συχνότητας δοκιμής έχει επίσης αντίκτυπο στην ακρίβεια της δοκιμής. Γενικά, χρησιμοποιήστε το ηλεκτρονικό κιτ βαθμονόμησης για να βαθμονομήσετε την επιφάνεια αναφοράς στο άκρο του καλωδίου δοκιμής και, στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε τη μέθοδο απο-ενσωμάτωσης για να αντισταθμίσετε το μήκος του καλωδίου του εξαρτήματος. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.

Ανάλυση παραγόντων που επηρεάζουν την ακεραιότητα του σήματος της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος PCB

Για να ληφθεί η απώλεια εισαγωγής της διαφορικής γραμμής μεταφοράς ως παράδειγμα, η σύγκριση των τριών μεθόδων βαθμονόμησης φαίνεται στον Πίνακα 1.

2.2 Μέθοδος αποτελεσματικού εύρους ζώνης

Το Effective Bandwidth (EBW) είναι μια ποιοτική μέτρηση της απώλειας γραμμής μεταφοράς α με αυστηρή έννοια. Δεν μπορεί να παρέχει μια ποσοτική τιμή της απώλειας εισαγωγής, αλλά παρέχει μια παράμετρο που ονομάζεται EBW. Η μέθοδος αποτελεσματικού εύρους ζώνης είναι η μετάδοση ενός σήματος βήματος με συγκεκριμένο χρόνο ανόδου στη γραμμή μετάδοσης μέσω TDR, η μέτρηση της μέγιστης κλίσης του χρόνου ανόδου μετά τη σύνδεση του οργάνου TDR και του DUT και ο προσδιορισμός του ως ο παράγοντας απώλειας, σε MV. /μικρό. Πιο συγκεκριμένα, αυτό που προσδιορίζει είναι ένας σχετικός συντελεστής συνολικής απώλειας, ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό των αλλαγών στην απώλεια της γραμμής μεταφοράς από επιφάνεια σε επιφάνεια ή στρώμα σε στρώμα [8]. Δεδομένου ότι η μέγιστη κλίση μπορεί να μετρηθεί απευθείας από το όργανο, η μέθοδος αποτελεσματικού εύρους ζώνης χρησιμοποιείται συχνά για τη δοκιμή μαζικής παραγωγής πλακών τυπωμένων κυκλωμάτων. Το σχηματικό διάγραμμα της δοκιμής EBW φαίνεται στο Σχήμα 4.

Ανάλυση παραγόντων που επηρεάζουν την ακεραιότητα του σήματος της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος PCB

2.3 Μέθοδος ενέργειας παλμών ρίζας

Το Root Impulse Energy (RIE) χρησιμοποιεί συνήθως ένα όργανο TDR για να λαμβάνει τις κυματομορφές TDR της γραμμής απώλειας αναφοράς και της δοκιμαστικής γραμμής μετάδοσης και, στη συνέχεια, εκτελεί επεξεργασία σήματος στις κυματομορφές TDR. Η διαδικασία δοκιμής RIE φαίνεται στο Σχήμα 5:

Ανάλυση παραγόντων που επηρεάζουν την ακεραιότητα του σήματος της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος PCB

2.4 Μέθοδος διάδοσης βραχέων παλμών

Η αρχή δοκιμής της μεθόδου διάδοσης βραχέων παλμών (Short Pulse Propagation, που αναφέρεται ως SPP) είναι η μέτρηση δύο γραμμών μεταφοράς διαφορετικού μήκους, όπως 30 mm και 100 mm, και η εξαγωγή του συντελεστή εξασθένησης παραμέτρου και της φάσης μετρώντας τη διαφορά μεταξύ των δύο μήκη γραμμών μεταφοράς. Σταθερά, όπως φαίνεται στο Σχήμα 6. Η χρήση αυτής της μεθόδου μπορεί να ελαχιστοποιήσει τον αντίκτυπο των συνδέσμων, των καλωδίων, των ανιχνευτών και της ακρίβειας του παλμογράφου. Εάν χρησιμοποιούνται όργανα TDR υψηλής απόδοσης και IFN (Impulse Forming Network), η συχνότητα δοκιμής μπορεί να φτάσει τα 40 GHz.

2.5 Μέθοδος απώλειας διαφορικής εισαγωγής TDR μονού άκρου

Το μονοάκρο TDR σε διαφορική απώλεια εισαγωγής (SET2DIL) είναι διαφορετικό από το τεστ διαφορικής απώλειας εισαγωγής με χρήση VNA 4 θυρών. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί ένα όργανο TDR δύο θυρών για τη μετάδοση της απόκρισης βήματος TDR στη γραμμή διαφορικής μετάδοσης. 7 GHz και η ακρίβεια μέτρησης επηρεάζεται κυρίως από την ασυνεπή καθυστέρηση του καλωδίου δοκιμής και την αναντιστοιχία σύνθετης αντίστασης του DUT. Το πλεονέκτημα της μεθόδου SET2DIL είναι ότι δεν χρειάζεται να χρησιμοποιήσετε ένα ακριβό VNA 2 θυρών και τα μέρη βαθμονόμησής του. Το μήκος της γραμμής μετάδοσης του δοκιμασμένου τμήματος είναι μόνο το μισό της μεθόδου VNA. Το τμήμα βαθμονόμησης έχει απλή δομή και ο χρόνος βαθμονόμησης μειώνεται σημαντικά. Είναι πολύ κατάλληλο για την κατασκευή PCB. Δοκιμή παρτίδας, όπως φαίνεται στο σχήμα 12.

Ανάλυση παραγόντων που επηρεάζουν την ακεραιότητα του σήματος της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος PCB

3 Εξοπλισμός δοκιμών και αποτελέσματα δοκιμών

Ο πίνακας δοκιμής SET2DIL, ο πίνακας δοκιμής SPP και ο πίνακας δοκιμής Multi-Line TRL κατασκευάστηκαν χρησιμοποιώντας CCL με διηλεκτρική σταθερά 3.8, διηλεκτρική απώλεια 0.008 και φύλλο χαλκού RTF. Ο εξοπλισμός δοκιμής ήταν παλμογράφος δειγματοληψίας DSA8300 και αναλυτής διανυσματικού δικτύου E5071C. διαφορική απώλεια εισαγωγής για κάθε μέθοδο Τα αποτελέσματα της δοκιμής φαίνονται στον Πίνακα 2.

Ανάλυση παραγόντων που επηρεάζουν την ακεραιότητα του σήματος της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος PCB

Συμπέρασμα 4

Αυτό το άρθρο εισάγει κυρίως διάφορες μεθόδους μέτρησης απώλειας σήματος γραμμής μετάδοσης PCB που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος στον κλάδο. Λόγω των διαφορετικών μεθόδων δοκιμής που χρησιμοποιούνται, οι μετρούμενες τιμές απώλειας εισαγωγής είναι διαφορετικές και τα αποτελέσματα των δοκιμών δεν μπορούν να συγκριθούν απευθείας οριζόντια. Επομένως, η κατάλληλη τεχνολογία δοκιμής απώλειας σήματος θα πρέπει να επιλέγεται σύμφωνα με τα πλεονεκτήματα και τους περιορισμούς των διαφόρων τεχνικών μεθόδων και να συνδυαστεί με τις δικές τους ανάγκες.