1 Introdución

Placa de circuíto impreso A integridade do sinal (PCB) foi un tema candente nos últimos anos. Houbo moitos informes de investigación nacionais sobre a análise de factores que afectan a integridade do sinal de PCB, pero a proba de perda de sinal Introdución ao estado actual da tecnoloxía é relativamente rara.

A fonte da perda de sinal da liña de transmisión de PCB é a perda de condutor e a perda dieléctrica do material, e tamén se ve afectada por factores como a resistencia da folla de cobre, a rugosidade da folla de cobre, a perda de radiación, a falta de coincidencia de impedancia e a diafonía. Na cadea de subministración, os indicadores de aceptación dos fabricantes de laminados revestidos de cobre (CCL) e dos fabricantes de PCB Express usan constante dieléctrica e perda dieléctrica; mentres que os indicadores entre fabricantes de PCB Express e terminais adoitan usar impedancia e perda de inserción, como se mostra na Figura 1.

Análise dos factores que inflúen na integridade do sinal da placa de circuíto impreso PCB

Para o deseño e uso de PCB de alta velocidade, como medir de forma rápida e eficaz a perda de sinal das liñas de transmisión de PCB é de gran importancia para a configuración dos parámetros de deseño de PCB, a depuración de simulacións e o control do proceso de produción.

2. Estado actual da tecnoloxía de proba de perdas de inserción de PCB

Os métodos de proba de perda de sinal de PCB que se usan actualmente na industria clasifícanse a partir dos instrumentos utilizados e pódense dividir en dúas categorías: en función do dominio do tempo ou do dominio da frecuencia. O instrumento de proba do dominio do tempo é unha reflectometría do dominio do tempo (TDR) ou un medidor de transmisión do dominio do tempo (TImeDomain Transmission, TDT); o instrumento de proba do dominio de frecuencia é un analizador de redes vectoriales (VNA). Na especificación de proba IPC-TM650, recoméndanse cinco métodos de proba para a proba de perda de sinal de PCB: método de dominio de frecuencia, método de ancho de banda efectivo, método de enerxía de pulso raíz, método de propagación de pulso curto, método de perda de inserción diferencial TDR de extremo único.

2.1 Método do dominio da frecuencia

O Método do dominio de frecuencia usa principalmente un analizador de rede vectorial para medir os parámetros S da liña de transmisión, le directamente o valor da perda de inserción e, a continuación, usa a pendente de axuste da perda de inserción media nun rango de frecuencia específico (como 1 GHz ~ 5 GHz) Mide a aprobación/falla do taboleiro.

A diferenza na precisión de medición do método do dominio da frecuencia vén principalmente do método de calibración. Segundo os diferentes métodos de calibración, pódese subdividir en métodos de calibración electrónica SLOT (Short-Line-Open-Thru), Multi-Line TRL (Thru-Reflect-Line) e Ecal (calibración electrónica).

SLOT adoita considerarse como un método de calibración estándar [5]. O modelo de calibración ten 12 parámetros de erro. A precisión de calibración do método SLOT está determinada polas partes de calibración. As pezas de calibración de alta precisión son proporcionadas polos fabricantes de equipos de medición, pero as pezas de calibración son caras e, en xeral, só son adecuadas para ambientes coaxiales, a calibración leva moito tempo e aumenta xeométricamente a medida que aumenta o número de terminais de medición.

O método Multi-Line TRL utilízase principalmente para a medición de calibración non coaxial [6]. Segundo o material da liña de transmisión utilizado polo usuario e a frecuencia de proba, as pezas de calibración TRL deséñanse e prodúcense, como se mostra na Figura 2. Aínda que Multi-Line TRL é máis fácil de deseñar e fabricar que SLOT, o tempo de calibración de O método TRL multiliña tamén aumenta xeométricamente co aumento do número de terminais de medición.

Análise dos factores que inflúen na integridade do sinal da placa de circuíto impreso PCB

Para resolver o problema da calibración que consume moito tempo, os fabricantes de equipos de medida introduciron o método de calibración electrónica Ecal [7]. Ecal é un estándar de transmisión. A precisión da calibración está determinada principalmente polas pezas orixinais de calibración. Ao mesmo tempo, compróbase a estabilidade do cable de proba e a duplicación do dispositivo de montaxe de proba. O algoritmo de interpolación de rendemento e frecuencia de proba tamén ten un impacto na precisión da proba. Xeralmente, use o kit de calibración electrónica para calibrar a superficie de referencia ata o extremo do cable de proba e, a continuación, utilice o método de desintegración para compensar a lonxitude do cable do dispositivo. Como se mostra na figura 3.

Análise dos factores que inflúen na integridade do sinal da placa de circuíto impreso PCB

Para obter a perda de inserción da liña de transmisión diferencial como exemplo, a comparación dos tres métodos de calibración móstrase na táboa 1.

2.2 Método de ancho de banda efectivo

O ancho de banda efectivo (EBW) é unha medida cualitativa da perda da liña de transmisión α nun sentido estrito. Non pode proporcionar un valor cuantitativo da perda de inserción, pero proporciona un parámetro chamado EBW. O método de ancho de banda efectivo é transmitir un sinal de paso cun tempo de subida específico á liña de transmisión a través do TDR, medir a pendente máxima do tempo de subida despois de conectar o instrumento TDR e o DUT e determinalo como o factor de perda, en MV. /s. Máis precisamente, o que determina é un factor de perda total relativa, que se pode usar para identificar os cambios na perda da liña de transmisión de superficie a superficie ou de capa a capa [8]. Dado que a inclinación máxima pódese medir directamente desde o instrumento, o método de ancho de banda efectivo úsase a miúdo para probas de produción en masa de placas de circuíto impreso. O diagrama esquemático da proba EBW móstrase na Figura 4.

Análise dos factores que inflúen na integridade do sinal da placa de circuíto impreso PCB

2.3 Método da enerxía do pulso raíz

Root ImPulse Energy (RIE) adoita utilizar un instrumento TDR para obter as formas de onda TDR da liña de perda de referencia e da liña de transmisión de proba, e despois realizar o procesamento de sinal nas formas de onda TDR. O proceso de proba RIE móstrase na Figura 5:

Análise dos factores que inflúen na integridade do sinal da placa de circuíto impreso PCB

2.4 Método de propagación de pulsos curtos

O principio de proba do método de propagación de pulsos curtos (Short Pulse Propagation, denominado SPP) consiste en medir dúas liñas de transmisión de diferentes lonxitudes, como 30 mm e 100 mm, e extraer o coeficiente de atenuación do parámetro e a fase medindo a diferenza entre ambas. lonxitudes das liñas de transmisión. Constante, como se mostra na Figura 6. O uso deste método pode minimizar o impacto dos conectores, cables, sondas e precisión do osciloscopio. Se se usan instrumentos TDR de alto rendemento e IFN (rede de formación de impulsos), a frecuencia de proba pode chegar a 40 GHz.

2.5 Método de perda de inserción diferencial TDR de extremo único

TDR de extremo único a perda de inserción diferencial (SET2DIL) é diferente da proba de perda de inserción diferencial mediante VNA de 4 portos. Este método usa un instrumento TDR de dous portos para transmitir a resposta de paso TDR á liña de transmisión diferencial. O final da liña de transmisión diferencial está en curto, como se mostra na Figura 7. O rango de frecuencia de medición típico do método SET2DIL é de 2 GHz ~ 12 GHz, e a precisión da medición vese afectada principalmente polo atraso inconsistente do cable de proba e a discrepancia de impedancia do DUT. A vantaxe do método SET2DIL é que non é necesario utilizar un caro VNA de 4 portos e as súas pezas de calibración. A lonxitude da liña de transmisión da peza probada é só a metade do método VNA. A parte de calibración ten unha estrutura sinxela e o tempo de calibración redúcese moito. É moi axeitado para a fabricación de PCB. Proba por lotes, como se mostra na Figura 8.

Análise dos factores que inflúen na integridade do sinal da placa de circuíto impreso PCB

3 Equipos de proba e resultados das probas

A tarxeta de proba SET2DIL, a tarxeta de proba SPP e a tarxeta de proba Multi-Line TRL foron feitas usando CCL cunha constante dieléctrica de 3.8, perda dieléctrica de 0.008 e folla de cobre RTF; o equipo de proba foi un osciloscopio de mostraxe DSA8300 e un analizador de rede vectorial E5071C; perda de inserción diferencial de cada método Os resultados da proba móstranse na táboa 2.

Análise dos factores que inflúen na integridade do sinal da placa de circuíto impreso PCB

4 Conclusión

Este artigo presenta principalmente varios métodos de medición de perdas de sinal de liña de transmisión de PCB que se utilizan actualmente na industria. Debido aos diferentes métodos de proba utilizados, os valores de perdas de inserción medidos son diferentes e os resultados da proba non se poden comparar directamente horizontalmente. Polo tanto, a tecnoloxía de proba de perda de sinal adecuada debe seleccionarse segundo as vantaxes e limitacións de varios métodos técnicos e combinarse coas súas propias necesidades.