site logo

PCB પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડની સિગ્નલ અખંડિતતાના પ્રભાવિત પરિબળોનું વિશ્લેષણ

1 પરિચય

પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડ (PCB) સિગ્નલ અખંડિતતા તાજેતરના વર્ષોમાં એક ચર્ચાનો વિષય છે. PCB સિગ્નલની અખંડિતતાને અસર કરતા પરિબળોના પૃથ્થકરણ અંગે ઘણા સ્થાનિક સંશોધન અહેવાલો આવ્યા છે, પરંતુ સિગ્નલ નુકશાન પરીક્ષણ ટેકનોલોજીની વર્તમાન સ્થિતિનો પરિચય પ્રમાણમાં દુર્લભ છે.

આઈપીસીબી

પીસીબી ટ્રાન્સમિશન લાઇન સિગ્નલ લોસનો સ્ત્રોત કંડક્ટરની ખોટ અને સામગ્રીનું ડાઇલેક્ટ્રિક નુકશાન છે, અને તે કોપર ફોઇલ રેઝિસ્ટન્સ, કોપર ફોઇલ રફનેસ, રેડિયેશન લોસ, ઇમ્પિડન્સ મિસમેચ અને ક્રોસસ્ટૉક જેવા પરિબળોથી પણ પ્રભાવિત થાય છે. સપ્લાય ચેઇનમાં, કોપર ક્લેડ લેમિનેટ (CCL) ઉત્પાદકો અને PCB એક્સપ્રેસ ઉત્પાદકોના સ્વીકૃતિ સૂચકાંકો ડાઇલેક્ટ્રિક સતત અને ડાઇલેક્ટ્રિક નુકશાનનો ઉપયોગ કરે છે; જ્યારે PCB એક્સપ્રેસ ઉત્પાદકો અને ટર્મિનલ્સ વચ્ચેના સૂચકાંકો સામાન્ય રીતે આકૃતિ 1 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, અવરોધ અને નિવેશ નુકશાનનો ઉપયોગ કરે છે.

PCB પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડની સિગ્નલ અખંડિતતાના પ્રભાવિત પરિબળોનું વિશ્લેષણ

હાઇ-સ્પીડ PCB ડિઝાઇન અને ઉપયોગ માટે, PCB ટ્રાન્સમિશન લાઇનના સિગ્નલ લોસને ઝડપથી અને અસરકારક રીતે કેવી રીતે માપવું તે PCB ડિઝાઇન પરિમાણો, સિમ્યુલેશન ડિબગીંગ અને ઉત્પાદન પ્રક્રિયાના નિયંત્રણ માટે ખૂબ મહત્વ ધરાવે છે.

2. પીસીબી નિવેશ નુકશાન પરીક્ષણ ટેકનોલોજીની વર્તમાન સ્થિતિ

હાલમાં ઉદ્યોગમાં ઉપયોગમાં લેવાતી PCB સિગ્નલ નુકશાન પરીક્ષણ પદ્ધતિઓ વપરાતા સાધનોમાંથી વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે, અને તેને બે શ્રેણીઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: સમય ડોમેન પર આધારિત અથવા આવર્તન ડોમેન પર આધારિત. ટાઇમ ડોમેન ટેસ્ટ ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ એ ટાઇમ ડોમેન રીફ્લેકમેટ્રી (TDR) અથવા ટાઇમ ડોમેન ટ્રાન્સમિશન મીટર (TImeDomain ટ્રાન્સમિશન, TDT) છે; આવર્તન ડોમેન પરીક્ષણ સાધન એ વેક્ટર નેટવર્ક વિશ્લેષક (VNA) છે. IPC-TM650 ટેસ્ટ સ્પેસિફિકેશનમાં, PCB સિગ્નલ લોસ ટેસ્ટિંગ માટે પાંચ ટેસ્ટ પદ્ધતિઓની ભલામણ કરવામાં આવી છે: ફ્રીક્વન્સી ડોમેન મેથડ, ઇફેક્ટિવ બેન્ડવિડ્થ મેથડ, રુટ પલ્સ એનર્જી મેથડ, શોર્ટ પલ્સ પ્રોપેગેશન મેથડ, સિંગલ-એન્ડેડ TDR ડિફરન્શિયલ ઇન્સર્ટેશન લોસ મેથડ.

2.1 આવર્તન ડોમેન પદ્ધતિ

આવર્તન ડોમેન પદ્ધતિ મુખ્યત્વે ટ્રાન્સમિશન લાઇનના એસ-પેરામીટર્સને માપવા માટે વેક્ટર નેટવર્ક વિશ્લેષકનો ઉપયોગ કરે છે, નિવેશ નુકશાન મૂલ્યને સીધું વાંચે છે, અને પછી ચોક્કસ આવર્તન શ્રેણીમાં સરેરાશ નિવેશ નુકશાનના ફિટિંગ સ્લોપનો ઉપયોગ કરે છે (જેમ કે 1 GHz ~ 5 GHz) બોર્ડના પાસ/ફેલને માપો.

આવર્તન ડોમેન પદ્ધતિની માપનની ચોકસાઈમાં તફાવત મુખ્યત્વે કેલિબ્રેશન પદ્ધતિથી આવે છે. વિવિધ કેલિબ્રેશન પદ્ધતિઓ અનુસાર, તેને SLOT (શોર્ટ-લાઇન-ઓપન-થ્રુ), મલ્ટી-લાઇન TRL (થ્રુ-રિફ્લેક્ટ-લાઇન) અને Ecal (ઇલેક્ટ્રોનિક કેલિબ્રેશન) ઇલેક્ટ્રોનિક કેલિબ્રેશન પદ્ધતિઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે.

સ્લોટને સામાન્ય રીતે પ્રમાણભૂત માપાંકન પદ્ધતિ તરીકે ગણવામાં આવે છે [5]. માપાંકન મોડેલમાં 12 ભૂલ પરિમાણો છે. SLOT પદ્ધતિની માપાંકન ચોકસાઈ કેલિબ્રેશન ભાગો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. માપન સાધનોના ઉત્પાદકો દ્વારા ઉચ્ચ-ચોકસાઇના માપાંકન ભાગો પ્રદાન કરવામાં આવે છે, પરંતુ માપાંકન ભાગો ખર્ચાળ હોય છે, અને સામાન્ય રીતે માત્ર કોક્સિયલ વાતાવરણ માટે યોગ્ય હોય છે, કેલિબ્રેશન સમય માંગી લેતું હોય છે અને માપન ટર્મિનલ્સની સંખ્યામાં વધારો થતાં ભૌમિતિક રીતે વધે છે.

મલ્ટી-લાઈન ટીઆરએલ પદ્ધતિનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે નોન-એક્સિયલ કેલિબ્રેશન માપન [6] માટે થાય છે. વપરાશકર્તા દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાતી ટ્રાન્સમિશન લાઇનની સામગ્રી અને પરીક્ષણ આવર્તન અનુસાર, આકૃતિ 2 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, TRL કેલિબ્રેશન ભાગો ડિઝાઇન અને ઉત્પાદિત કરવામાં આવે છે. જોકે, મલ્ટી-લાઇન TRL SLOT કરતાં ડિઝાઇન અને ઉત્પાદનમાં સરળ છે, તેમ છતાં કેલિબ્રેશનનો સમય મલ્ટિ-લાઇન TRL પદ્ધતિ માપન ટર્મિનલ્સની સંખ્યામાં વધારો સાથે ભૌમિતિક રીતે પણ વધે છે.

PCB પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડની સિગ્નલ અખંડિતતાના પ્રભાવિત પરિબળોનું વિશ્લેષણ

સમય-વપરાશની કેલિબ્રેશનની સમસ્યાને ઉકેલવા માટે, માપન સાધનોના ઉત્પાદકોએ Ecal ઇલેક્ટ્રોનિક કેલિબ્રેશન પદ્ધતિ [7] રજૂ કરી છે. Ecal એ ટ્રાન્સમિશન સ્ટાન્ડર્ડ છે. કેલિબ્રેશન ચોકસાઈ મુખ્યત્વે મૂળ કેલિબ્રેશન ભાગો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. તે જ સમયે, ટેસ્ટ કેબલની સ્થિરતા અને ટેસ્ટ ફિક્સ્ચર ડિવાઇસની ડુપ્લિકેશનની ચકાસણી કરવામાં આવે છે. પ્રદર્શન અને પરીક્ષણ આવર્તનનું ઇન્ટરપોલેશન અલ્ગોરિધમ પણ પરીક્ષણની ચોકસાઈ પર અસર કરે છે. સામાન્ય રીતે, પરીક્ષણ કેબલના અંત સુધી સંદર્ભ સપાટીને માપાંકિત કરવા માટે ઇલેક્ટ્રોનિક કેલિબ્રેશન કીટનો ઉપયોગ કરો અને પછી ફિક્સરની કેબલ લંબાઈને વળતર આપવા માટે ડી-એમ્બેડિંગ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરો. આકૃતિ 3 માં બતાવ્યા પ્રમાણે.

PCB પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડની સિગ્નલ અખંડિતતાના પ્રભાવિત પરિબળોનું વિશ્લેષણ

ઉદાહરણ તરીકે વિભેદક ટ્રાન્સમિશન લાઇનના નિવેશ નુકશાન મેળવવા માટે, ત્રણ માપાંકન પદ્ધતિઓની સરખામણી કોષ્ટક 1 માં દર્શાવવામાં આવી છે.

2.2 અસરકારક બેન્ડવિડ્થ પદ્ધતિ

અસરકારક બેન્ડવિડ્થ (EBW) એ કડક અર્થમાં ટ્રાન્સમિશન લાઇન લોસ α નું ગુણાત્મક માપ છે. તે નિવેશ નુકશાનનું માત્રાત્મક મૂલ્ય પ્રદાન કરી શકતું નથી, પરંતુ તે EBW નામનું પરિમાણ પૂરું પાડે છે. અસરકારક બેન્ડવિડ્થ પદ્ધતિ એ છે કે TDR દ્વારા ટ્રાન્સમિશન લાઇનમાં ચોક્કસ ઉદય સમય સાથે સ્ટેપ સિગ્નલ પ્રસારિત કરવું, TDR ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ અને DUT કનેક્ટ થયા પછી ઉદય સમયનો મહત્તમ ઢોળાવ માપવો અને તેને નુકસાનના પરિબળ તરીકે નક્કી કરવું, MV માં /સે. વધુ સ્પષ્ટ રીતે, તે શું નક્કી કરે છે તે સાપેક્ષ કુલ નુકશાન પરિબળ છે, જેનો ઉપયોગ સપાટીથી સપાટી અથવા સ્તરથી સ્તર સુધી ટ્રાન્સમિશન લાઇનના નુકસાનમાં ફેરફારોને ઓળખવા માટે થઈ શકે છે [8]. મહત્તમ ઢોળાવ સીધા સાધનથી માપી શકાય છે, તેથી અસરકારક બેન્ડવિડ્થ પદ્ધતિનો ઉપયોગ પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડના મોટા પાયે ઉત્પાદન પરીક્ષણ માટે થાય છે. EBW ટેસ્ટનો સ્કીમેટિક ડાયાગ્રામ આકૃતિ 4 માં દર્શાવેલ છે.

PCB પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડની સિગ્નલ અખંડિતતાના પ્રભાવિત પરિબળોનું વિશ્લેષણ

2.3 રુટ પલ્સ ઊર્જા પદ્ધતિ

રુટ ઇમ્પલ્સ એનર્જી (RIE) સામાન્ય રીતે સંદર્ભ લોસ લાઇન અને ટેસ્ટ ટ્રાન્સમિશન લાઇનના TDR વેવફોર્મ્સ મેળવવા માટે TDR ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટનો ઉપયોગ કરે છે અને પછી TDR વેવફોર્મ્સ પર સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ કરે છે. RIE પરીક્ષણ પ્રક્રિયા આકૃતિ 5 માં બતાવવામાં આવી છે:

PCB પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડની સિગ્નલ અખંડિતતાના પ્રભાવિત પરિબળોનું વિશ્લેષણ

2.4 ટૂંકી પલ્સ પ્રચાર પદ્ધતિ

ટૂંકી પલ્સ પ્રચાર પદ્ધતિ (શોર્ટ પલ્સ પ્રચાર, જેને એસપીપી તરીકે ઓળખવામાં આવે છે) પરીક્ષણ સિદ્ધાંત એ છે કે 30 મીમી અને 100 મીમી જેવી વિવિધ લંબાઈની બે ટ્રાન્સમિશન લાઈનો માપવા અને બંને વચ્ચેના તફાવતને માપીને પેરામીટર એટેન્યુએશન ગુણાંક અને તબક્કાને બહાર કાઢવાનો છે. ટ્રાન્સમિશન લાઇન લંબાઈ. આકૃતિ 6 માં બતાવ્યા પ્રમાણે સતત. જો ઉચ્ચ-પ્રદર્શન TDR સાધનો અને IFN (ઈમ્પલ્સ ફોર્મિંગ નેટવર્ક) નો ઉપયોગ કરવામાં આવે, તો પરીક્ષણની આવર્તન 40 GHz જેટલી ઊંચી હોઈ શકે છે.

2.5 સિંગલ-એન્ડેડ TDR વિભેદક નિવેશ નુકશાન પદ્ધતિ

સિંગલ-એન્ડેડ TDR થી ડિફરન્શિયલ ઇન્સર્શન લોસ (SET2DIL) એ 4-પોર્ટ VNA નો ઉપયોગ કરીને ડિફરન્શિયલ ઇન્સર્શન લોસ ટેસ્ટથી અલગ છે. આ પદ્ધતિ ડિફરન્શિયલ ટ્રાન્સમિશન લાઇન પર TDR સ્ટેપ રિસ્પોન્સ ટ્રાન્સમિટ કરવા માટે બે-પોર્ટ TDR ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટનો ઉપયોગ કરે છે, આકૃતિ 7 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, ડિફરન્સિયલ ટ્રાન્સમિશન લાઇનનો અંત ટૂંકો કરવામાં આવે છે. SET2DIL પદ્ધતિની લાક્ષણિક માપન આવર્તન શ્રેણી 2 GHz છે ~ 12 GHz, અને માપનની ચોકસાઈ મુખ્યત્વે ટેસ્ટ કેબલના અસંગત વિલંબ અને DUT ની અવબાધ મિસમેચ દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે. SET2DIL પદ્ધતિનો ફાયદો એ છે કે ખર્ચાળ 4-પોર્ટ VNA અને તેના કેલિબ્રેશન ભાગોનો ઉપયોગ કરવાની જરૂર નથી. પરીક્ષણ કરેલ ભાગની ટ્રાન્સમિશન લાઇનની લંબાઈ VNA પદ્ધતિની માત્ર અડધી છે. માપાંકન ભાગમાં સરળ માળખું છે અને માપાંકનનો સમય ઘણો ઓછો થાય છે. તે PCB ઉત્પાદન માટે ખૂબ જ યોગ્ય છે. બેચ ટેસ્ટ, આકૃતિ 8 માં બતાવ્યા પ્રમાણે.

PCB પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડની સિગ્નલ અખંડિતતાના પ્રભાવિત પરિબળોનું વિશ્લેષણ

3 પરીક્ષણ સાધનો અને પરીક્ષણ પરિણામો

SET2DIL ટેસ્ટ બોર્ડ, SPP ટેસ્ટ બોર્ડ અને મલ્ટી-લાઇન TRL ટેસ્ટ બોર્ડ 3.8 ના ડાઇલેક્ટ્રિક કોન્સ્ટન્ટ સાથે, 0.008 ના ડાઇલેક્ટ્રિક લોસ અને RTF કોપર ફોઇલ સાથે CCL નો ઉપયોગ કરીને બનાવવામાં આવ્યા હતા; પરીક્ષણ સાધનો DSA8300 સેમ્પલિંગ ઓસિલોસ્કોપ અને E5071C વેક્ટર નેટવર્ક વિશ્લેષક હતા; દરેક પદ્ધતિના વિભેદક નિવેશ નુકશાન પરીક્ષણ પરિણામો કોષ્ટક 2 માં દર્શાવેલ છે.

PCB પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડની સિગ્નલ અખંડિતતાના પ્રભાવિત પરિબળોનું વિશ્લેષણ

4 નિષ્કર્ષ

આ લેખ મુખ્યત્વે હાલમાં ઉદ્યોગમાં ઉપયોગમાં લેવાતી ઘણી PCB ટ્રાન્સમિશન લાઇન સિગ્નલ નુકશાન માપન પદ્ધતિઓનો પરિચય આપે છે. ઉપયોગમાં લેવાતી વિવિધ પરીક્ષણ પદ્ધતિઓને લીધે, માપેલા નિવેશ નુકશાન મૂલ્યો અલગ છે, અને પરીક્ષણ પરિણામોની સીધી સરખામણી આડી રીતે કરી શકાતી નથી. તેથી, યોગ્ય સિગ્નલ નુકશાન પરીક્ષણ ટેકનોલોજી વિવિધ તકનીકી પદ્ધતિઓના ફાયદા અને મર્યાદાઓ અનુસાર પસંદ કરવી જોઈએ, અને તેમની પોતાની જરૂરિયાતો સાથે જોડાયેલી હોવી જોઈએ.