1 Introducción

Placa de circuito impreso La integridad de la señal (PCB) ha sido un tema candente en los últimos años. Ha habido muchos informes de investigación nacionales sobre el análisis de los factores que afectan la integridad de la señal de PCB, pero la prueba de pérdida de señal Introducción al estado actual de la tecnología es relativamente rara.

La fuente de la pérdida de señal de la línea de transmisión de PCB es la pérdida del conductor y la pérdida dieléctrica del material, y también se ve afectada por factores como la resistencia de la lámina de cobre, la rugosidad de la lámina de cobre, la pérdida de radiación, la falta de coincidencia de impedancia y la diafonía. En la cadena de suministro, los indicadores de aceptación de los fabricantes de laminados revestidos de cobre (CCL) y los fabricantes de PCB express utilizan constante dieléctrica y pérdida dieléctrica; mientras que los indicadores entre los fabricantes de PCB express y los terminales usualmente usan impedancia y pérdida de inserción, como se muestra en la Figura 1.

Análisis de factores que influyen en la integridad de la señal de la placa de circuito impreso PCB

Para el diseño y uso de PCB de alta velocidad, la forma de medir de manera rápida y efectiva la pérdida de señal de las líneas de transmisión de PCB es de gran importancia para la configuración de los parámetros de diseño de PCB, la depuración de simulación y el control del proceso de producción.

2. Estado actual de la tecnología de prueba de pérdida de inserción de PCB

Los métodos de prueba de pérdida de señal de PCB que se utilizan actualmente en la industria se clasifican a partir de los instrumentos utilizados y se pueden dividir en dos categorías: según el dominio del tiempo o según el dominio de la frecuencia. El instrumento de prueba en el dominio del tiempo es una reflectometría en el dominio del tiempo (TDR) o un medidor de transmisión en el dominio del tiempo (Transmisión del dominio del tiempo, TDT); el instrumento de prueba en el dominio de la frecuencia es un analizador de redes vectoriales (VNA). En la especificación de prueba IPC-TM650, se recomiendan cinco métodos de prueba para la prueba de pérdida de señal de PCB: método de dominio de frecuencia, método de ancho de banda efectivo, método de energía de pulso raíz, método de propagación de pulso corto, método de pérdida de inserción diferencial TDR de un solo extremo.

2.1 Método de dominio de frecuencia

El método de dominio de frecuencia utiliza principalmente un analizador de red vectorial para medir los parámetros S de la línea de transmisión, lee directamente el valor de pérdida de inserción y luego usa la pendiente de ajuste de la pérdida de inserción promedio en un rango de frecuencia específico (como 1 GHz ~ 5 GHz) Mida el pasa / no pasa de la placa.

La diferencia en la precisión de medición del método en el dominio de la frecuencia proviene principalmente del método de calibración. Según los diferentes métodos de calibración, se puede subdividir en métodos de calibración electrónica SLOT (Short-Line-Open-Thru), MulTI-Line TRL (Thru-Reflect-Line) y Ecal (Calibración electrónica).

Normalmente, SLOT se considera un método de calibración estándar [5]. El modelo de calibración tiene 12 parámetros de error. La precisión de la calibración del método SLOT está determinada por las piezas de calibración. Las piezas de calibración de alta precisión son proporcionadas por los fabricantes de equipos de medición, pero las piezas de calibración son caras y, en general, solo son adecuadas para entornos coaxiales, la calibración requiere mucho tiempo y aumenta geométricamente a medida que aumenta el número de terminales de medición.

El método MulTI-Line TRL se utiliza principalmente para la medición de calibración no coaxial [6]. Según el material de la línea de transmisión utilizado por el usuario y la frecuencia de prueba, las piezas de calibración de TRL se diseñan y producen, como se muestra en la Figura 2. Aunque Multi-Line TRL es más fácil de diseñar y fabricar que SLOT, el tiempo de calibración de El método TRL multilínea también aumenta geométricamente con el aumento del número de terminales de medición.

Análisis de factores que influyen en la integridad de la señal de la placa de circuito impreso PCB

Para resolver el problema de la calibración que requiere mucho tiempo, los fabricantes de equipos de medición han introducido el método de calibración electrónica Ecal [7]. Ecal es un estándar de transmisión. La precisión de la calibración está determinada principalmente por las piezas de calibración originales. Al mismo tiempo, se prueban la estabilidad del cable de prueba y la duplicación del dispositivo de fijación de prueba. El algoritmo de interpolación de rendimiento y frecuencia de prueba también tiene un impacto en la precisión de la prueba. Por lo general, utilice el kit de calibración electrónica para calibrar la superficie de referencia hasta el extremo del cable de prueba y luego utilice el método de desembebido para compensar la longitud del cable del dispositivo. Como se muestra en la Figura 3.

Análisis de factores que influyen en la integridad de la señal de la placa de circuito impreso PCB

Para obtener la pérdida de inserción de la línea de transmisión diferencial como ejemplo, la comparación de los tres métodos de calibración se muestra en la Tabla 1.

2.2 Método de ancho de banda efectivo

El ancho de banda efectivo (EBW) es una medida cualitativa de la pérdida α de la línea de transmisión en un sentido estricto. No puede proporcionar un valor cuantitativo de la pérdida de inserción, pero proporciona un parámetro llamado EBW. El método de ancho de banda efectivo es transmitir una señal de paso con un tiempo de subida específico a la línea de transmisión a través de TDR, medir la pendiente máxima del tiempo de subida después de que el instrumento TDR y el DUT están conectados y determinarlo como el factor de pérdida, en MV. /s. Más precisamente, lo que determina es un factor de pérdida total relativa, que puede utilizarse para identificar los cambios en la pérdida de la línea de transmisión de una superficie a otra o de una capa a otra [8]. Dado que la pendiente máxima se puede medir directamente desde el instrumento, el método de ancho de banda efectivo se utiliza a menudo para pruebas de producción en masa de placas de circuito impreso. El diagrama esquemático de la prueba EBW se muestra en la Figura 4.

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2.3 Método de energía de pulso de raíz

Root ImPulse Energy (RIE) generalmente usa un instrumento TDR para obtener las formas de onda TDR de la línea de pérdida de referencia y la línea de transmisión de prueba, y luego realiza el procesamiento de señales en las formas de onda TDR. El proceso de prueba RIE se muestra en la Figura 5:

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2.4 Método de propagación de pulsos cortos

El principio de prueba del método de propagación de pulso corto (propagación de pulso corto, denominado SPP) es medir dos líneas de transmisión de diferentes longitudes, como 30 mm y 100 mm, y extraer el coeficiente de atenuación del parámetro y la fase midiendo la diferencia entre los dos longitudes de las líneas de transmisión. Constante, como se muestra en la Figura 6. El uso de este método puede minimizar el impacto de los conectores, cables, sondas y precisión del osciloscopio. Si se utilizan instrumentos TDR de alto rendimiento e IFN (Impulse Forming Network), la frecuencia de prueba puede llegar a 40 GHz.

2.5 Método de pérdida de inserción diferencial de TDR de un solo extremo

TDR de extremo único a pérdida de inserción diferencial (SET2DIL) es diferente de la prueba de pérdida de inserción diferencial que utiliza VNA de 4 puertos. Este método utiliza un instrumento TDR de dos puertos para transmitir la respuesta escalonada del TDR a la línea de transmisión diferencial. El extremo de la línea de transmisión diferencial está en corto, como se muestra en la Figura 7. El rango de frecuencia de medición típico del método SET2DIL es 2 GHz ~ 12 GHz, y la precisión de la medición se ve afectada principalmente por el retardo inconsistente del cable de prueba y la falta de coincidencia de impedancia del DUT. La ventaja del método SET2DIL es que no es necesario utilizar un costoso VNA de 4 puertos y sus piezas de calibración. La longitud de la línea de transmisión de la parte probada es solo la mitad del método VNA. La parte de calibración tiene una estructura simple y el tiempo de calibración se reduce considerablemente. Es muy adecuado para la fabricación de PCB. Prueba por lotes, como se muestra en la Figura 8.

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3 Equipo de prueba y resultados de la prueba

La placa de prueba SET2DIL, la placa de prueba SPP y la placa de prueba Multi-Line TRL se fabricaron utilizando CCL con constante dieléctrica de 3.8, pérdida dieléctrica de 0.008 y lámina de cobre RTF; el equipo de prueba fue el osciloscopio de muestreo DSA8300 y el analizador de redes vectoriales E5071C; pérdida de inserción diferencial de cada método Los resultados de la prueba se muestran en la Tabla 2.

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Conclusión 4

Este artículo presenta principalmente varios métodos de medición de pérdida de señal de línea de transmisión de PCB que se utilizan actualmente en la industria. Debido a los diferentes métodos de prueba utilizados, los valores de pérdida de inserción medidos son diferentes y los resultados de la prueba no se pueden comparar directamente de forma horizontal. Por lo tanto, la tecnología de prueba de pérdida de señal adecuada debe seleccionarse de acuerdo con las ventajas y limitaciones de varios métodos técnicos, y combinarse con sus propias necesidades.