1 Présentation

Circuit imprimé L’intégrité du signal (PCB) a été un sujet brûlant ces dernières années. Il y a eu de nombreux rapports de recherche nationaux sur l’analyse des facteurs affectant l’intégrité du signal PCB, mais le test de perte de signal L’introduction à l’état actuel de la technologie est relativement rare.

La source de la perte de signal de la ligne de transmission PCB est la perte de conducteur et la perte diélectrique du matériau, et elle est également affectée par des facteurs tels que la résistance de la feuille de cuivre, la rugosité de la feuille de cuivre, la perte de rayonnement, la désadaptation d’impédance et la diaphonie. Dans la chaîne d’approvisionnement, les indicateurs d’acceptation des fabricants de stratifiés plaqués de cuivre (CCL) et des fabricants de circuits imprimés express utilisent la constante diélectrique et la perte diélectrique ; tandis que les indicateurs entre les fabricants express de PCB et les terminaux utilisent généralement l’impédance et la perte d’insertion, comme le montre la figure 1.

Analyse des facteurs d’influence de l’intégrité du signal de la carte de circuit imprimé PCB

Pour la conception et l’utilisation de circuits imprimés à grande vitesse, la mesure rapide et efficace de la perte de signal des lignes de transmission de circuits imprimés est d’une grande importance pour la définition des paramètres de conception de circuits imprimés, le débogage de simulation et le contrôle du processus de production.

2. État actuel de la technologie de test de perte d’insertion de PCB

Les méthodes de test de perte de signal PCB actuellement utilisées dans l’industrie sont classées à partir des instruments utilisés et peuvent être divisées en deux catégories : basées sur le domaine temporel ou basées sur le domaine fréquentiel. L’instrument de test dans le domaine temporel est une réflectométrie dans le domaine temporel (TDR) ou un compteur de transmission dans le domaine temporel (TImeDomain Transmission, TDT) ; l’instrument de test dans le domaine fréquentiel est un analyseur de réseau vectoriel (VNA). Dans la spécification de test IPC-TM650, cinq méthodes de test sont recommandées pour les tests de perte de signal PCB : méthode du domaine fréquentiel, méthode de bande passante effective, méthode d’énergie d’impulsion racine, méthode de propagation d’impulsion courte, méthode de perte d’insertion différentielle TDR asymétrique.

2.1 Méthode du domaine fréquentiel

La méthode du domaine de fréquence utilise principalement un analyseur de réseau vectoriel pour mesurer les paramètres S de la ligne de transmission, lit directement la valeur de perte d’insertion, puis utilise la pente d’ajustement de la perte d’insertion moyenne dans une plage de fréquences spécifique (comme 1 GHz ~ 5 GHz) Mesurez la réussite/l’échec de la carte.

La différence de précision de mesure de la méthode du domaine fréquentiel provient principalement de la méthode d’étalonnage. Selon les différentes méthodes d’étalonnage, il peut être subdivisé en méthodes d’étalonnage électronique SLOT (Short-Line-Open-Thru), MulTI-Line TRL (Thru-Reflect-Line) et Ecal (Étalonnage électronique).

SLOT est généralement considéré comme une méthode d’étalonnage standard [5]. Le modèle d’étalonnage a 12 paramètres d’erreur. La précision d’étalonnage de la méthode SLOT est déterminée par les pièces d’étalonnage. Les pièces d’étalonnage de haute précision sont fournies par les fabricants d’équipements de mesure, mais les pièces d’étalonnage sont chères et ne conviennent généralement qu’à un environnement coaxial, l’étalonnage prend du temps et augmente géométriquement à mesure que le nombre de bornes de mesure augmente.

La méthode MulTI-Line TRL est principalement utilisée pour les mesures d’étalonnage non coaxiales [6]. Selon le matériau de la ligne de transmission utilisé par l’utilisateur et la fréquence de test, les pièces d’étalonnage TRL sont conçues et produites, comme illustré à la Figure 2. Bien que Multi-Line TRL soit plus facile à concevoir et à fabriquer que SLOT, le temps d’étalonnage de La méthode TRL multiligne augmente également géométriquement avec l’augmentation du nombre de bornes de mesure.

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Afin de résoudre le problème d’étalonnage chronophage, les fabricants d’équipements de mesure ont introduit la méthode d’étalonnage électronique Ecal [7]. Ecal est une norme de transmission. La précision de l’étalonnage est principalement déterminée par les pièces d’étalonnage d’origine. Dans le même temps, la stabilité du câble de test et la duplication du dispositif de montage de test sont testées. L’algorithme d’interpolation des performances et de la fréquence des tests a également un impact sur la précision des tests. En règle générale, utilisez le kit d’étalonnage électronique pour étalonner la surface de référence jusqu’à l’extrémité du câble de test, puis utilisez la méthode de désencastrement pour compenser la longueur de câble de l’appareil. Comme le montre la figure 3.

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Pour obtenir la perte d’insertion de la ligne de transmission différentielle à titre d’exemple, la comparaison des trois méthodes d’étalonnage est présentée dans le tableau 1.

2.2 Méthode de bande passante efficace

La bande passante effective (EBW) est une mesure qualitative de la perte de ligne de transmission au sens strict. Il ne peut pas fournir une valeur quantitative de la perte d’insertion, mais il fournit un paramètre appelé EBW. La méthode de bande passante efficace consiste à transmettre un signal progressif avec un temps de montée spécifique à la ligne de transmission via le TDR, à mesurer la pente maximale du temps de montée une fois que l’instrument TDR et le DUT sont connectés, et à le déterminer comme facteur de perte, en MV /s. Plus précisément, ce qu’il détermine est un facteur de perte totale relative, qui peut être utilisé pour identifier les changements dans la perte de ligne de transmission de surface à surface ou de couche à couche [8]. Étant donné que la pente maximale peut être mesurée directement à partir de l’instrument, la méthode de la bande passante effective est souvent utilisée pour les tests de production en série de cartes de circuits imprimés. Le diagramme schématique du test EBW est illustré à la figure 4.

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2.3 Méthode d’énergie d’impulsion de racine

Root ImPulse Energy (RIE) utilise généralement un instrument TDR pour obtenir les formes d’onde TDR de la ligne de perte de référence et de la ligne de transmission de test, puis effectue le traitement du signal sur les formes d’onde TDR. Le processus de test RIE est illustré à la figure 5 :

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2.4 Méthode de propagation des impulsions courtes

Le principe de test de la méthode de propagation d’impulsion courte (Short Pulse Propagation, appelée SPP) consiste à mesurer deux lignes de transmission de longueurs différentes, telles que 30 mm et 100 mm, et à extraire le paramètre coefficient d’atténuation et phase en mesurant la différence entre les deux. longueurs des lignes de transmission. Constante, comme illustré à la Figure 6. L’utilisation de cette méthode peut minimiser l’impact des connecteurs, des câbles, des sondes et de la précision de l’oscilloscope. Si des instruments TDR hautes performances et IFN (Impulse Forming Network) sont utilisés, la fréquence de test peut atteindre 40 GHz.

2.5 Méthode de perte d’insertion différentielle TDR asymétrique

Le TDR asymétrique à la perte d’insertion différentielle (SET2DIL) est différent du test de perte d’insertion différentielle utilisant un VNA à 4 ports. Cette méthode utilise un instrument TDR à deux ports pour transmettre la réponse échelonnée TDR à la ligne de transmission différentielle. 7 GHz, et la précision de la mesure est principalement affectée par le retard incohérent du câble de test et la discordance d’impédance du DUT. L’avantage de la méthode SET2DIL est qu’il n’est pas nécessaire d’utiliser un VNA 2 ports coûteux et ses pièces d’étalonnage. La longueur de la ligne de transmission de la pièce testée n’est que la moitié de la méthode VNA. La partie d’étalonnage a une structure simple et le temps d’étalonnage est considérablement réduit. Il est très approprié pour la fabrication de PCB. Test par lots, comme le montre la figure 12.

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3 Équipement de test et résultats des tests

La carte de test SET2DIL, la carte de test SPP et la carte de test Multi-Line TRL ont été fabriquées à l’aide de CCL avec une constante diélectrique de 3.8, une perte diélectrique de 0.008 et une feuille de cuivre RTF ; l’équipement de test était l’oscilloscope d’échantillonnage DSA8300 et l’analyseur de réseau vectoriel E5071C ; perte d’insertion différentielle de chaque méthode Les résultats des tests sont présentés dans le tableau 2.

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Conclusion 4

Cet article présente principalement plusieurs méthodes de mesure de perte de signal de ligne de transmission PCB actuellement utilisées dans l’industrie. En raison des différentes méthodes de test utilisées, les valeurs de perte d’insertion mesurées sont différentes et les résultats des tests ne peuvent pas être directement comparés horizontalement. Par conséquent, la technologie de test de perte de signal appropriée doit être sélectionnée en fonction des avantages et des limites des diverses méthodes techniques, et combinée avec leurs propres besoins.