1 Pendahuluan

Printed circuit board (PCB) integritas sinyal telah menjadi topik hangat dalam beberapa tahun terakhir. Ada banyak laporan penelitian domestik tentang analisis faktor-faktor yang mempengaruhi integritas sinyal PCB, tetapi uji kehilangan sinyal Pengenalan keadaan teknologi saat ini relatif jarang.

Sumber kehilangan sinyal jalur transmisi PCB adalah kehilangan konduktor dan kehilangan dielektrik material, dan juga dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti resistansi foil tembaga, kekasaran foil tembaga, kehilangan radiasi, ketidakcocokan impedansi, dan crosstalk. Dalam rantai pasokan, indikator penerimaan produsen laminasi berlapis tembaga (CCL) dan produsen ekspres PCB menggunakan konstanta dielektrik dan kehilangan dielektrik; sedangkan indikator antara produsen dan terminal PCB express biasanya menggunakan impedansi dan insertion loss, seperti terlihat pada Gambar 1.

Analisis Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Integritas Sinyal Papan Sirkuit Cetak PCB

Untuk desain dan penggunaan PCB berkecepatan tinggi, cara mengukur kehilangan sinyal jalur transmisi PCB dengan cepat dan efektif sangat penting untuk pengaturan parameter desain PCB, debugging simulasi, dan kontrol proses produksi.

2. Status saat ini dari teknologi pengujian kehilangan penyisipan PCB

Metode pengujian kehilangan sinyal PCB yang saat ini digunakan di industri diklasifikasikan dari instrumen yang digunakan, dan dapat dibagi menjadi dua kategori: berdasarkan domain waktu atau berdasarkan domain frekuensi. Instrumen uji domain waktu adalah Time Domain Reflectometry (TDR) atau pengukur transmisi domain waktu (TIMEDomain Transmission, TDT); alat uji domain frekuensi adalah Vector Network Analyzer (VNA). Dalam spesifikasi pengujian IPC-TM650, lima metode pengujian direkomendasikan untuk pengujian kehilangan sinyal PCB: metode domain frekuensi, metode bandwidth efektif, metode energi pulsa akar, metode propagasi pulsa pendek, metode penyisipan diferensial TDR berujung tunggal.

2.1 Metode domain frekuensi

Metode Domain Frekuensi terutama menggunakan penganalisis jaringan vektor untuk mengukur parameter S dari saluran transmisi, langsung membaca nilai kerugian penyisipan, dan kemudian menggunakan kemiringan yang pas dari kerugian penyisipan rata-rata dalam rentang frekuensi tertentu (seperti 1 GHz ~ 5 GHz) Ukur lulus/gagalnya papan.

Perbedaan akurasi pengukuran metode domain frekuensi terutama berasal dari metode kalibrasi. Menurut metode kalibrasi yang berbeda, ini dapat dibagi lagi menjadi metode kalibrasi elektronik SLOT (Short-Line-Open-Thru), Multi-Line TRL (Thru-Reflect-Line) dan Ecal (Electronic calibraTion).

SLOT biasanya dianggap sebagai metode kalibrasi standar [5]. Model kalibrasi memiliki 12 parameter kesalahan. Akurasi kalibrasi metode SLOT ditentukan oleh bagian kalibrasi. Suku cadang kalibrasi presisi tinggi disediakan oleh produsen peralatan pengukur, tetapi suku cadang kalibrasi mahal, Dan umumnya hanya cocok untuk lingkungan koaksial, kalibrasi memakan waktu dan meningkat secara geometris seiring dengan meningkatnya jumlah terminal pengukuran.

Metode TRL Multi-Line terutama digunakan untuk pengukuran kalibrasi non-koaksial [6]. Menurut bahan saluran transmisi yang digunakan oleh pengguna dan frekuensi pengujian, bagian kalibrasi TRL dirancang dan diproduksi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Meskipun TRL Multi-Saluran lebih mudah untuk dirancang dan dibuat daripada SLOT, waktu kalibrasi Metode TRL Multi-Line juga meningkat secara geometris dengan bertambahnya jumlah terminal pengukuran.

Analisis Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Integritas Sinyal Papan Sirkuit Cetak PCB

Untuk mengatasi masalah kalibrasi yang memakan waktu, produsen peralatan pengukuran telah memperkenalkan metode kalibrasi elektronik Ecal [7]. Ecal adalah standar transmisi. Akurasi kalibrasi terutama ditentukan oleh bagian kalibrasi asli. Pada saat yang sama, stabilitas kabel uji dan duplikasi perangkat perlengkapan uji diuji. Algoritma interpolasi kinerja dan frekuensi pengujian juga berdampak pada akurasi pengujian. Umumnya, gunakan kit kalibrasi elektronik untuk mengkalibrasi permukaan referensi ke ujung kabel uji, dan kemudian gunakan metode de-embedding untuk mengkompensasi panjang kabel perlengkapan. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.

Analisis Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Integritas Sinyal Papan Sirkuit Cetak PCB

Untuk mendapatkan insertion loss pada saluran transmisi diferensial sebagai contoh, perbandingan ketiga metode kalibrasi ditunjukkan pada Tabel 1.

2.2 Metode bandwidth yang efektif

Efektif Bandwidth (EBW) adalah pengukuran kualitatif kehilangan saluran transmisi dalam arti yang ketat. Ini tidak dapat memberikan nilai kuantitatif kerugian penyisipan, tetapi memberikan parameter yang disebut EBW. Metode bandwidth yang efektif adalah dengan mentransmisikan sinyal langkah dengan waktu naik tertentu ke saluran transmisi melalui TDR, mengukur kemiringan maksimum waktu naik setelah instrumen TDR dan DUT terhubung, dan menentukannya sebagai faktor kerugian, dalam MV /S. Lebih tepatnya, Yang menentukan adalah faktor kerugian total relatif, yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi perubahan kerugian saluran transmisi dari permukaan ke permukaan atau lapisan ke lapisan [8]. Karena kemiringan maksimum dapat diukur langsung dari instrumen, metode bandwidth efektif sering digunakan untuk pengujian produksi massal papan sirkuit tercetak. Diagram skematik pengujian EBW ditunjukkan pada Gambar 4.

Analisis Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Integritas Sinyal Papan Sirkuit Cetak PCB

2.3 Metode energi pulsa akar

Root ImPulse Energy (RIE) biasanya menggunakan instrumen TDR untuk mendapatkan bentuk gelombang TDR dari garis rugi referensi dan saluran transmisi uji, dan kemudian melakukan pemrosesan sinyal pada bentuk gelombang TDR. Proses pengujian RIE ditunjukkan pada Gambar 5:

Analisis Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Integritas Sinyal Papan Sirkuit Cetak PCB

2.4 Metode propagasi pulsa pendek

Prinsip pengujian metode perambatan pulsa pendek (Short Pulse Propagation, disebut sebagai SPP) adalah mengukur dua saluran transmisi dengan panjang yang berbeda, seperti 30 mm dan 100 mm, dan mengekstrak koefisien atenuasi parameter dan fase dengan mengukur perbedaan antara keduanya. panjang saluran transmisi. Konstanta, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6. Menggunakan metode ini dapat meminimalkan dampak dari konektor, kabel, probe, dan akurasi osiloskop. Jika instrumen TDR berkinerja tinggi dan IFN (Impulse Forming Network) digunakan, frekuensi pengujian dapat mencapai 40 GHz.

2.5 Metode kehilangan penyisipan diferensial TDR ujung tunggal

Single-Ended TDR to Differential Insertion Loss (SET2DIL) berbeda dengan uji differential insertion loss menggunakan 4-port VNA. Metode ini menggunakan instrumen TDR dua port untuk mengirimkan respons langkah TDR ke saluran transmisi diferensial, Ujung saluran transmisi diferensial dikorsleting, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7. Rentang frekuensi pengukuran khas metode SET2DIL adalah 2 GHz ~ 12 GHz, dan akurasi pengukuran terutama dipengaruhi oleh penundaan kabel uji yang tidak konsisten dan ketidakcocokan impedansi DUT. Keuntungan dari metode SET2DIL adalah tidak perlu menggunakan VNA 4-port yang mahal dan bagian kalibrasinya. Panjang saluran transmisi bagian yang diuji hanya setengah dari metode VNA. Bagian kalibrasi memiliki struktur sederhana dan waktu kalibrasi sangat berkurang. Sangat cocok untuk pembuatan PCB. Tes batch, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.

Analisis Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Integritas Sinyal Papan Sirkuit Cetak PCB

3 Alat uji dan hasil pengujian

Papan uji SET2DIL, papan uji SPP dan papan uji TRL Multi-Line dibuat menggunakan CCL dengan konstanta dielektrik 3.8, rugi dielektrik 0.008, dan foil tembaga RTF; alat uji adalah osiloskop sampling DSA8300 dan penganalisis jaringan vektor E5071C; kerugian penyisipan diferensial dari masing-masing metode Hasil pengujian ditunjukkan pada Tabel 2.

Analisis Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Integritas Sinyal Papan Sirkuit Cetak PCB

4 Kesimpulan

Artikel ini terutama memperkenalkan beberapa metode pengukuran kehilangan sinyal jalur transmisi PCB yang saat ini digunakan di industri. Karena metode pengujian yang berbeda yang digunakan, nilai kerugian penyisipan yang diukur berbeda, dan hasil pengujian tidak dapat langsung dibandingkan secara horizontal. Oleh karena itu, teknologi uji kehilangan sinyal yang sesuai harus dipilih sesuai dengan kelebihan dan keterbatasan berbagai metode teknis, dan dikombinasikan dengan kebutuhan mereka sendiri.