1 Uvod

Tiskana pločica (PCB) integritet signala je vruća tema posljednjih godina. Bilo je mnogo domaćih istraživačkih izvještaja o analizi čimbenika koji utječu na integritet PCB signala, ali test gubitka signala Uvod u trenutno stanje tehnologije je relativno rijedak.

Izvor gubitka signala PCB dalekovoda je gubitak vodiča i dielektrični gubitak materijala, a na njega utječu i čimbenici kao što su otpor bakrene folije, hrapavost bakrene folije, gubitak zračenja, neusklađenost impedancije i preslušavanje. U lancu opskrbe, pokazatelji prihvatljivosti proizvođača bakrenih laminata (CCL) i proizvođača PCB expressa koriste dielektričnu konstantu i dielektrične gubitke; dok indikatori između proizvođača PCB expressa i terminala obično koriste impedanciju i gubitak umetanja, kao što je prikazano na slici 1.

Analiza čimbenika utjecaja na integritet signala PCB tiskane ploče

Za dizajn i korištenje PCB-a velike brzine, kako brzo i učinkovito izmjeriti gubitak signala PCB prijenosnih vodova od velikog je značaja za postavljanje parametara dizajna PCB-a, otklanjanje pogrešaka u simulaciji i kontrolu proizvodnog procesa.

2. Trenutni status tehnologije testiranja gubitka umetanja PCB-a

Metode ispitivanja gubitka signala PCB-a koje se trenutno koriste u industriji klasificirane su od korištenih instrumenata i mogu se podijeliti u dvije kategorije: na temelju vremenske domene ili na temelju frekvencijske domene. Instrument za testiranje vremenske domene je reflektometrija vremenske domene (TDR) ili mjerač prijenosa vremenske domene (TImeDomain Transmission, TDT); instrument za ispitivanje frekvencijske domene je vektorski analizator mreže (VNA). U specifikaciji ispitivanja IPC-TM650 preporučuje se pet ispitnih metoda za ispitivanje gubitka signala PCB-a: metoda frekvencijske domene, metoda efektivne širine pojasa, metoda korijenske energije impulsa, metoda širenja kratkog impulsa, metoda diferencijalnog gubitka umetanja s jednim krajem na TDR.

2.1 Metoda frekvencijske domene

Metoda frekvencijske domene uglavnom koristi vektorski mrežni analizator za mjerenje S-parametara prijenosne linije, izravno čita vrijednost gubitka umetanja, a zatim koristi odgovarajući nagib prosječnog gubitka umetanja u određenom frekvencijskom rasponu (kao što je 1 GHz ~ 5 GHz) Izmjerite prolaz/neuspjeh ploče.

Razlika u točnosti mjerenja metode frekvencijske domene uglavnom proizlazi iz metode kalibracije. Prema različitim metodama kalibracije, može se podijeliti na metode elektronske kalibracije SLOT (Short-Line-Open-Thru), Multi-Line TRL (Thru-Reflect-Line) i Ecal (Electronic Calibration).

SLOT se obično smatra standardnom metodom kalibracije [5]. Kalibracijski model ima 12 parametara pogreške. Točnost kalibracije SLOT metode određena je kalibracijskim dijelovima. Dijelove za kalibraciju visoke preciznosti osiguravaju proizvođači mjerne opreme, ali dijelovi za kalibraciju su skupi, i općenito prikladni samo za koaksijalno okruženje, kalibracija je dugotrajna i geometrijski se povećava kako se broj mjernih terminala povećava.

Multi-Line TRL metoda se uglavnom koristi za nekoaksijalno kalibracijsko mjerenje [6]. Prema materijalu prijenosnog voda koji koristi korisnik i učestalosti ispitivanja, TRL kalibracijski dijelovi su dizajnirani i proizvedeni, kao što je prikazano na slici 2. Iako je višelinijski TRL lakši za projektiranje i proizvodnju od SLOT-a, vrijeme kalibracije Višelinijska TRL metoda također se povećava geometrijski s povećanjem broja mjernih terminala.

Analiza čimbenika utjecaja na integritet signala PCB tiskane ploče

Kako bi riješili problem dugotrajne kalibracije, proizvođači mjerne opreme uveli su Ecal metodu elektroničke kalibracije [7]. Ecal je standard prijenosa. Točnost kalibracije uglavnom je određena originalnim dijelovima kalibracije. Istodobno se ispituje stabilnost ispitnog kabela i dupliciranost uređaja za ispitivanje. Algoritam interpolacije izvedbe i učestalosti ispitivanja također ima utjecaj na točnost ispitivanja. Općenito, upotrijebite komplet za elektroničku kalibraciju za kalibraciju referentne površine do kraja ispitnog kabela, a zatim upotrijebite metodu de-embeddinga za kompenzaciju duljine kabela učvršćenja. Kao što je prikazano na slici 3.

Analiza čimbenika utjecaja na integritet signala PCB tiskane ploče

Za dobivanje gubitka umetanja diferencijalnog prijenosnog voda kao primjer, usporedba triju metoda kalibracije prikazana je u tablici 1.

2.2 Metoda učinkovite propusnosti

Efektivna širina pojasa (EBW) je kvalitativno mjerenje gubitka u dalekovodu α u strogom smislu. Ne može dati kvantitativnu vrijednost gubitka umetanja, ali pruža parametar koji se naziva EBW. Metoda učinkovite širine pojasa je prijenos signala koraka s određenim vremenom porasta na prijenosnu liniju kroz TDR, mjerenje maksimalnog nagiba vremena porasta nakon što su TDR instrument i DUT spojeni i određivanje ga kao faktor gubitka, u MV /s. Točnije, ono što određuje je relativni ukupni faktor gubitka, koji se može koristiti za identificiranje promjena u gubitku dalekovoda od površine do površine ili sloja do sloja [8]. Budući da se maksimalni nagib može mjeriti izravno iz instrumenta, metoda učinkovite širine pojasa često se koristi za masovno testiranje tiskanih ploča. Shematski dijagram EBW testa prikazan je na slici 4.

Analiza čimbenika utjecaja na integritet signala PCB tiskane ploče

2.3 Metoda energije korijenskog impulsa

Root Impulse Energy (RIE) obično koristi TDR instrument za dobivanje TDR valnih oblika referentne linije gubitka i testnog prijenosnog voda, a zatim obavlja obradu signala na TDR valnim oblicima. Proces RIE testa prikazan je na slici 5:

Analiza čimbenika utjecaja na integritet signala PCB tiskane ploče

2.4 Metoda širenja kratkog impulsa

Princip ispitivanja metode širenja kratkog impulsa (Short Pulse Propagation, nazvan SPP) je mjerenje dva dalekovoda različitih duljina, kao što su 30 mm i 100 mm, i izdvajanje koeficijenta prigušenja parametra i faze mjerenjem razlike između ta dva duljine dalekovoda. Konstantno, kao što je prikazano na slici 6. Korištenje ove metode može smanjiti utjecaj konektora, kabela, sondi i točnost osciloskopa. Ako se koriste TDR instrumenti visokih performansi i IFN (mreža za formiranje impulsa), ispitna frekvencija može biti visoka i do 40 GHz.

2.5 Jednostruka TDR metoda diferencijalnog umetanja

Single-Ended TDR to Differential Insertion Loss (SET2DIL) razlikuje se od testa diferencijalnog gubitka umetanja koji koristi VNA s 4 priključka. Ova metoda koristi TDR instrument s dva priključka za prijenos TDR koraka odgovora na diferencijalni prijenosni vod . Kraj diferencijalnog prijenosnog voda je kratko spojen, kao što je prikazano na slici 7. Tipični raspon frekvencije mjerenja metode SET2DIL je 2 GHz ~ 12 GHz, a na točnost mjerenja uglavnom utječe nedosljedno kašnjenje ispitnog kabela i neusklađenost impedancije DUT-a. Prednost metode SET2DIL je u tome što nema potrebe za korištenjem skupog VNA s 4 porta i njegovih dijelova za kalibraciju. Duljina dalekovoda ispitivanog dijela je samo polovica VNA metode. Dio za kalibraciju ima jednostavnu strukturu i vrijeme kalibracije je uvelike smanjeno. Vrlo je prikladan za proizvodnju PCB-a. Testiranje serije, kao što je prikazano na slici 8.

Analiza čimbenika utjecaja na integritet signala PCB tiskane ploče

3 Ispitna oprema i rezultati ispitivanja

SET2DIL testna ploča, SPP testna ploča i Multi-Line TRL testna ploča izrađene su korištenjem CCL s dielektričnom konstantom od 3.8, dielektričnim gubitkom od 0.008 i RTF bakrenom folijom; ispitna oprema je bio osciloskop za uzorkovanje DSA8300 i vektorski analizator mreže E5071C; diferencijalni insercijski gubitak svake metode Rezultati ispitivanja prikazani su u tablici 2.

Analiza čimbenika utjecaja na integritet signala PCB tiskane ploče

4 Zaključak

Ovaj članak uglavnom predstavlja nekoliko metoda mjerenja gubitka signala u prijenosnoj liniji PCB-a koji se trenutno koriste u industriji. Zbog različitih korištenih metoda ispitivanja, izmjerene vrijednosti gubitka umetanja su različite, a rezultati ispitivanja se ne mogu izravno usporediti horizontalno. Stoga, odgovarajuću tehnologiju ispitivanja gubitka signala treba odabrati prema prednostima i ograničenjima različitih tehničkih metoda, te kombinirati s vlastitim potrebama.