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पीसीबी मुद्रित सर्किट बोर्ड की सिग्नल अखंडता के प्रभावकारी कारकों का विश्लेषण

1 परिचय

मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) सिग्नल अखंडता हाल के वर्षों में एक गर्म विषय रहा है। पीसीबी सिग्नल अखंडता को प्रभावित करने वाले कारकों के विश्लेषण पर कई घरेलू शोध रिपोर्टें आई हैं, लेकिन सिग्नल हानि परीक्षण प्रौद्योगिकी की वर्तमान स्थिति का परिचय अपेक्षाकृत दुर्लभ है।

आईपीसीबी

पीसीबी ट्रांसमिशन लाइन सिग्नल लॉस का स्रोत सामग्री का कंडक्टर नुकसान और ढांकता हुआ नुकसान है, और यह कॉपर फ़ॉइल प्रतिरोध, कॉपर फ़ॉइल खुरदरापन, विकिरण हानि, प्रतिबाधा बेमेल और क्रॉसस्टॉक जैसे कारकों से भी प्रभावित होता है। आपूर्ति श्रृंखला में, कॉपर क्लैड लैमिनेट (सीसीएल) निर्माताओं और पीसीबी एक्सप्रेस निर्माताओं के स्वीकृति संकेतक ढांकता हुआ निरंतर और ढांकता हुआ नुकसान का उपयोग करते हैं; जबकि पीसीबी एक्सप्रेस निर्माताओं और टर्मिनलों के बीच संकेतक आमतौर पर प्रतिबाधा और सम्मिलन हानि का उपयोग करते हैं, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है।

पीसीबी मुद्रित सर्किट बोर्ड की सिग्नल अखंडता के प्रभावकारी कारकों का विश्लेषण

हाई-स्पीड पीसीबी डिजाइन और उपयोग के लिए, पीसीबी ट्रांसमिशन लाइनों के सिग्नल लॉस को जल्दी और प्रभावी ढंग से कैसे मापें, पीसीबी डिजाइन मापदंडों की स्थापना, सिमुलेशन डिबगिंग और उत्पादन प्रक्रिया के नियंत्रण के लिए बहुत महत्व है।

2. पीसीबी सम्मिलन हानि परीक्षण प्रौद्योगिकी की वर्तमान स्थिति

वर्तमान में उद्योग में उपयोग किए जाने वाले पीसीबी सिग्नल हानि परीक्षण विधियों को उपयोग किए गए उपकरणों से वर्गीकृत किया जाता है, और इसे दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: समय डोमेन के आधार पर या आवृत्ति डोमेन के आधार पर। टाइम डोमेन टेस्ट इंस्ट्रूमेंट एक टाइम डोमेन रिफ्लेक्टोमेट्री (TDR) या एक टाइम डोमेन ट्रांसमिशन मीटर (TImeDomain ट्रांसमिशन, TDT) है; फ़्रीक्वेंसी डोमेन टेस्ट इंस्ट्रूमेंट एक वेक्टर नेटवर्क एनालाइज़र (VNA) है। IPC-TM650 परीक्षण विनिर्देश में, पीसीबी सिग्नल हानि परीक्षण के लिए पांच परीक्षण विधियों की सिफारिश की जाती है: आवृत्ति डोमेन विधि, प्रभावी बैंडविड्थ विधि, रूट पल्स ऊर्जा विधि, लघु पल्स प्रसार विधि, एकल-समाप्त TDR अंतर सम्मिलन हानि विधि।

2.1 आवृत्ति डोमेन विधि

फ़्रीक्वेंसी डोमेन मेथड मुख्य रूप से ट्रांसमिशन लाइन के एस-पैरामीटर को मापने के लिए एक वेक्टर नेटवर्क एनालाइज़र का उपयोग करता है, सीधे इंसर्शन लॉस वैल्यू को पढ़ता है, और फिर एक विशिष्ट फ़्रीक्वेंसी रेंज (जैसे 1 GHz ~) में औसत इंसर्शन लॉस की फिटिंग स्लोप का उपयोग करता है। 5 गीगाहर्ट्ज) बोर्ड के पास/फेल को मापें।

आवृत्ति डोमेन विधि की माप सटीकता में अंतर मुख्य रूप से अंशांकन विधि से आता है। विभिन्न अंशांकन विधियों के अनुसार, इसे SLOT (शॉर्ट-लाइन-ओपन-थ्रू), मल्टी-लाइन TRL (थ्रू-रिफ्लेक्ट-लाइन) और Ecal (इलेक्ट्रॉनिक कैलिब्रेटियन) इलेक्ट्रॉनिक अंशांकन विधियों में विभाजित किया जा सकता है।

SLOT को आमतौर पर एक मानक अंशांकन विधि [5] के रूप में माना जाता है। अंशांकन मॉडल में 12 त्रुटि पैरामीटर हैं। एसएलओटी विधि की अंशांकन सटीकता अंशांकन भागों द्वारा निर्धारित की जाती है। उच्च-सटीक अंशांकन भागों को मापने वाले उपकरण निर्माताओं द्वारा प्रदान किया जाता है, लेकिन अंशांकन भाग महंगे होते हैं, और आमतौर पर केवल समाक्षीय वातावरण के लिए उपयुक्त होते हैं, अंशांकन समय लेने वाला होता है और माप टर्मिनलों की संख्या बढ़ने पर ज्यामितीय रूप से बढ़ता है।

मल्टी-लाइन टीआरएल विधि मुख्य रूप से गैर-समाक्षीय अंशांकन माप [6] के लिए उपयोग की जाती है। उपयोगकर्ता द्वारा उपयोग की जाने वाली ट्रांसमिशन लाइन की सामग्री और परीक्षण आवृत्ति के अनुसार, टीआरएल अंशांकन भागों को डिजाइन और उत्पादित किया जाता है, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। हालांकि मल्टी-लाइन टीआरएल एसएलओटी की तुलना में डिजाइन और निर्माण करना आसान है, अंशांकन समय मल्टी-लाइन टीआरएल विधि भी माप टर्मिनलों की संख्या में वृद्धि के साथ ज्यामितीय रूप से बढ़ती है।

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समय लेने वाली अंशांकन की समस्या को हल करने के लिए, माप उपकरण निर्माताओं ने Ecal इलेक्ट्रॉनिक अंशांकन विधि [7] पेश की है। Ecal एक संचरण मानक है। अंशांकन सटीकता मुख्य रूप से मूल अंशांकन भागों द्वारा निर्धारित की जाती है। उसी समय, परीक्षण केबल की स्थिरता और परीक्षण स्थिरता डिवाइस के दोहराव का परीक्षण किया जाता है। प्रदर्शन और परीक्षण आवृत्ति के इंटरपोलेशन एल्गोरिदम का परीक्षण सटीकता पर भी प्रभाव पड़ता है। आम तौर पर, परीक्षण केबल के अंत तक संदर्भ सतह को कैलिब्रेट करने के लिए इलेक्ट्रॉनिक कैलिब्रेशन किट का उपयोग करें, और फिर स्थिरता की केबल लंबाई की भरपाई के लिए डी-एम्बेडिंग विधि का उपयोग करें। जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है।

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एक उदाहरण के रूप में अंतर संचरण लाइन के सम्मिलन हानि को प्राप्त करने के लिए, तीन अंशांकन विधियों की तुलना तालिका 1 में दिखाई गई है।

2.2 प्रभावी बैंडविड्थ विधि

प्रभावी बैंडविड्थ (EBW) एक सख्त अर्थ में ट्रांसमिशन लाइन लॉस α का गुणात्मक माप है। यह सम्मिलन हानि का मात्रात्मक मूल्य प्रदान नहीं कर सकता है, लेकिन यह EBW नामक एक पैरामीटर प्रदान करता है। प्रभावी बैंडविड्थ विधि टीडीआर के माध्यम से ट्रांसमिशन लाइन के लिए एक विशिष्ट वृद्धि समय के साथ एक चरण संकेत प्रेषित करना है, टीडीआर उपकरण और डीयूटी जुड़े होने के बाद वृद्धि समय की अधिकतम ढलान को मापना है, और इसे एमवी में हानि कारक के रूप में निर्धारित करना है। /एस। अधिक सटीक रूप से, यह जो निर्धारित करता है वह एक सापेक्ष कुल हानि कारक है, जिसका उपयोग सतह से सतह या परत से परत तक संचरण लाइन हानि में परिवर्तन की पहचान करने के लिए किया जा सकता है [8]। चूंकि अधिकतम ढलान को सीधे उपकरण से मापा जा सकता है, इसलिए प्रभावी बैंडविड्थ विधि का उपयोग अक्सर मुद्रित सर्किट बोर्डों के बड़े पैमाने पर उत्पादन परीक्षण के लिए किया जाता है। EBW परीक्षण का योजनाबद्ध आरेख चित्र 4 में दिखाया गया है।

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2.3 रूट पल्स ऊर्जा विधि

रूट इम्पल्स एनर्जी (आरआईई) आमतौर पर संदर्भ हानि लाइन और टेस्ट ट्रांसमिशन लाइन के टीडीआर तरंगों को प्राप्त करने के लिए एक टीडीआर उपकरण का उपयोग करता है, और फिर टीडीआर तरंगों पर सिग्नल प्रोसेसिंग करता है। RIE परीक्षण प्रक्रिया चित्र 5 में दिखाई गई है:

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2.4 लघु नाड़ी प्रसार विधि

लघु पल्स प्रसार विधि (लघु पल्स प्रसार, जिसे एसपीपी कहा जाता है) परीक्षण सिद्धांत अलग-अलग लंबाई की दो संचरण लाइनों को मापने के लिए है, जैसे कि 30 मिमी और 100 मिमी, और दोनों के बीच अंतर को मापकर पैरामीटर क्षीणन गुणांक और चरण को निकालना है। ट्रांसमिशन लाइन की लंबाई। स्थिर, जैसा कि चित्र 6 में दिखाया गया है। इस पद्धति का उपयोग करने से कनेक्टर्स, केबल, प्रोब और ऑसिलोस्कोप सटीकता के प्रभाव को कम किया जा सकता है। यदि उच्च प्रदर्शन वाले टीडीआर उपकरण और आईएफएन (इंपल्स फॉर्मिंग नेटवर्क) का उपयोग किया जाता है, तो परीक्षण आवृत्ति 40 गीगाहर्ट्ज जितनी अधिक हो सकती है।

2.5 सिंगल-एंडेड टीडीआर डिफरेंशियल इंसर्शन लॉस मेथड

सिंगल-एंडेड टीडीआर टू डिफरेंशियल इंसर्शन लॉस (SET2DIL) 4-पोर्ट VNA का उपयोग करके डिफरेंशियल इंसर्शन लॉस टेस्ट से अलग है। यह विधि दो-पोर्ट टीडीआर उपकरण का उपयोग अंतर ट्रांसमिशन लाइन पर टीडीआर चरण प्रतिक्रिया को प्रेषित करने के लिए करती है, अंतर ट्रांसमिशन लाइन का अंत छोटा है, जैसा कि चित्र 7 में दिखाया गया है। SET2DIL विधि की विशिष्ट माप आवृत्ति रेंज 2 गीगाहर्ट्ज है ~ 12 गीगाहर्ट्ज, और माप सटीकता मुख्य रूप से परीक्षण केबल की असंगत देरी और डीयूटी के प्रतिबाधा बेमेल से प्रभावित होती है। SET2DIL पद्धति का लाभ यह है कि महंगे 4-पोर्ट VNA और इसके अंशांकन भागों का उपयोग करने की कोई आवश्यकता नहीं है। परीक्षण किए गए हिस्से की ट्रांसमिशन लाइन की लंबाई वीएनए विधि का केवल आधा है। अंशांकन भाग की एक सरल संरचना होती है और अंशांकन समय बहुत कम हो जाता है। यह पीसीबी निर्माण के लिए बहुत उपयुक्त है। बैच परीक्षण, जैसा कि चित्र 8 में दिखाया गया है।

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3 परीक्षण उपकरण और परीक्षण के परिणाम

SET2DIL परीक्षण बोर्ड, SPP परीक्षण बोर्ड और मल्टी-लाइन TRL परीक्षण बोर्ड CCL का उपयोग करके 3.8 के ढांकता हुआ स्थिरांक, 0.008 के ढांकता हुआ नुकसान और RTF तांबे की पन्नी के साथ बनाए गए थे; परीक्षण उपकरण DSA8300 नमूना आस्टसीलस्कप और E5071C वेक्टर नेटवर्क विश्लेषक था; प्रत्येक विधि का अंतर सम्मिलन हानि परीक्षण के परिणाम तालिका 2 में दिखाए गए हैं।

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4 निष्कर्ष

यह आलेख मुख्य रूप से उद्योग में वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले कई पीसीबी ट्रांसमिशन लाइन सिग्नल हानि माप विधियों का परिचय देता है। उपयोग की जाने वाली विभिन्न परीक्षण विधियों के कारण, मापा सम्मिलन हानि मान भिन्न होते हैं, और परीक्षण के परिणामों की सीधे क्षैतिज रूप से तुलना नहीं की जा सकती है। इसलिए, विभिन्न तकनीकी विधियों के फायदे और सीमाओं के अनुसार उपयुक्त सिग्नल लॉस टेस्ट तकनीक का चयन किया जाना चाहिए, और अपनी आवश्यकताओं के साथ जोड़ा जाना चाहिए।