1 Introduzione

Circuito stampato L’integrità del segnale (PCB) è stato un tema caldo negli ultimi anni. Ci sono stati molti rapporti di ricerca interna sull’analisi dei fattori che influenzano l’integrità del segnale PCB, ma il test di perdita del segnale Introduzione allo stato attuale della tecnologia è relativamente raro.

La fonte della perdita del segnale della linea di trasmissione del PCB è la perdita del conduttore e la perdita dielettrica del materiale ed è anche influenzata da fattori quali la resistenza della lamina di rame, la rugosità della lamina di rame, la perdita di radiazioni, il disadattamento di impedenza e la diafonia. Nella catena di approvvigionamento, gli indicatori di accettazione dei produttori di laminati placcati in rame (CCL) e dei produttori di PCB express utilizzano la costante dielettrica e la perdita dielettrica; mentre gli indicatori tra i produttori di PCB express e i terminali di solito utilizzano l’impedenza e la perdita di inserzione, come mostrato nella Figura 1.

Analisi dei fattori di influenza dell’integrità del segnale del circuito stampato PCB

Per la progettazione e l’utilizzo di PCB ad alta velocità, come misurare in modo rapido ed efficace la perdita di segnale delle linee di trasmissione PCB è di grande importanza per l’impostazione dei parametri di progettazione PCB, il debug della simulazione e il controllo del processo di produzione.

2. Stato attuale della tecnologia di test della perdita di inserzione del PCB

I metodi di test della perdita di segnale PCB attualmente utilizzati nell’industria sono classificati dagli strumenti utilizzati e possono essere suddivisi in due categorie: basati sul dominio del tempo o basati sul dominio della frequenza. Lo strumento di test nel dominio del tempo è una riflettometria nel dominio del tempo (TDR) o un misuratore di trasmissione nel dominio del tempo (TImeDomain Transmission, TDT); lo strumento di test nel dominio della frequenza è un Vector Network Analyzer (VNA). Nella specifica del test IPC-TM650, sono raccomandati cinque metodi di test per il test della perdita del segnale PCB: metodo del dominio della frequenza, metodo della larghezza di banda effettiva, metodo dell’energia dell’impulso radice, metodo di propagazione dell’impulso breve, metodo della perdita di inserzione differenziale TDR single-ended.

2.1 Metodo nel dominio della frequenza

Il metodo del dominio della frequenza utilizza principalmente un analizzatore di rete vettoriale per misurare i parametri S della linea di trasmissione, legge direttamente il valore della perdita di inserzione e quindi utilizza la pendenza di adattamento della perdita di inserzione media in un intervallo di frequenza specifico (come 1 GHz ~ 5 GHz) Misura il pass/fail della scheda.

La differenza nell’accuratezza della misurazione del metodo nel dominio della frequenza deriva principalmente dal metodo di calibrazione. A seconda dei diversi metodi di calibrazione, può essere suddiviso in metodi di calibrazione elettronica SLOT (Short-Line-Open-Thru), MulTI-Line TRL (Thru-Reflect-Line) ed Ecal (Electronic calibraTIon).

SLOT è generalmente considerato un metodo di calibrazione standard [5]. Il modello di calibrazione ha 12 parametri di errore. La precisione di calibrazione del metodo SLOT è determinata dalle parti di calibrazione. Le parti di calibrazione ad alta precisione sono fornite dai produttori di apparecchiature di misurazione, ma le parti di calibrazione sono costose e generalmente adatte solo per ambienti coassiali, la calibrazione richiede tempo e aumenta geometricamente all’aumentare del numero di terminali di misurazione.

Il metodo TRL MulTI-Line viene utilizzato principalmente per la misurazione della calibrazione non coassiale [6]. In base al materiale della linea di trasmissione utilizzato dall’utente e alla frequenza di prova, le parti di calibrazione TRL sono progettate e prodotte, come mostrato nella Figura 2. Sebbene TRL Multi-Line sia più facile da progettare e produrre rispetto a SLOT, il tempo di calibrazione di Il metodo Multi-Line TRL aumenta anche geometricamente con l’aumento del numero di terminali di misura.

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Per risolvere il problema della calibrazione che richiede tempo, i produttori di apparecchiature di misura hanno introdotto il metodo di calibrazione elettronica Ecal [7]. Ecal è uno standard di trasmissione. La precisione della calibrazione è determinata principalmente dalle parti di calibrazione originali. Allo stesso tempo, vengono testate la stabilità del cavo di prova e la duplicazione del dispositivo del dispositivo di prova. Anche l’algoritmo di interpolazione delle prestazioni e della frequenza del test ha un impatto sull’accuratezza del test. In genere, utilizzare il kit di calibrazione elettronica per calibrare la superficie di riferimento fino all’estremità del cavo di prova, quindi utilizzare il metodo di rimozione dell’inclusione per compensare la lunghezza del cavo dell’apparecchiatura. Come mostrato in Figura 3.

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Per ottenere come esempio la perdita di inserzione della linea di trasmissione differenziale, il confronto dei tre metodi di calibrazione è mostrato nella Tabella 1.

2.2 Metodo della larghezza di banda effettiva

La larghezza di banda effettiva (EBW) è una misura qualitativa della perdita della linea di trasmissione α in senso stretto. Non può fornire un valore quantitativo della perdita di inserzione, ma fornisce un parametro chiamato EBW. Il metodo della larghezza di banda efficace consiste nel trasmettere un segnale di gradino con un tempo di salita specifico alla linea di trasmissione tramite TDR, misurare la pendenza massima del tempo di salita dopo che lo strumento TDR e il DUT sono stati collegati e determinarlo come fattore di perdita, in MV /S. Più precisamente, ciò che determina è un fattore di perdita totale relativo, che può essere utilizzato per identificare i cambiamenti nella perdita della linea di trasmissione da superficie a superficie o da strato a strato [8]. Poiché la pendenza massima può essere misurata direttamente dallo strumento, il metodo della larghezza di banda effettiva viene spesso utilizzato per i test di produzione di massa dei circuiti stampati. Il diagramma schematico del test EBW è mostrato in Figura 4.

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2.3 Metodo dell’energia dell’impulso di radice

Root Impulse Energy (RIE) di solito utilizza uno strumento TDR per ottenere le forme d’onda TDR della linea di perdita di riferimento e della linea di trasmissione di prova, quindi eseguire l’elaborazione del segnale sulle forme d’onda TDR. Il processo di test RIE è mostrato nella Figura 5:

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2.4 Metodo di propagazione dell’impulso breve

Il principio di prova del metodo di propagazione dell’impulso breve (Short Pulse Propagation, denominato SPP) consiste nel misurare due linee di trasmissione di lunghezze diverse, ad esempio 30 mm e 100 mm, ed estrarre il coefficiente di attenuazione del parametro e la fase misurando la differenza tra i due lunghezze delle linee di trasmissione. Costante, come mostrato nella Figura 6. L’utilizzo di questo metodo può ridurre al minimo l’impatto di connettori, cavi, sonde e precisione dell’oscilloscopio. Se vengono utilizzati strumenti TDR ad alte prestazioni e IFN (Impulse Forming Network), la frequenza di prova può arrivare fino a 40 GHz.

2.5 Metodo di perdita di inserzione differenziale TDR single-ended

TDR single-ended a perdita di inserzione differenziale (SET2DIL) è diverso dal test di perdita di inserzione differenziale utilizzando VNA a 4 porte. Questo metodo utilizza uno strumento TDR a due porte per trasmettere la risposta al gradino TDR alla linea di trasmissione differenziale. L’estremità della linea di trasmissione differenziale è in cortocircuito, come mostrato nella Figura 7. L’intervallo di frequenza di misurazione tipico del metodo SET2DIL è 2 GHz ~ 12 GHz e la precisione della misurazione è principalmente influenzata dal ritardo incoerente del cavo di prova e dalla mancata corrispondenza dell’impedenza del DUT. Il vantaggio del metodo SET2DIL è che non è necessario utilizzare un costoso VNA a 4 porte e le sue parti di calibrazione. La lunghezza della linea di trasmissione della parte testata è solo la metà del metodo VNA. La parte di calibrazione ha una struttura semplice e il tempo di calibrazione è notevolmente ridotto. È molto adatto per la produzione di PCB. Test batch, come mostrato nella Figura 8.

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3 Apparecchiature di prova e risultati dei test

La scheda di test SET2DIL, la scheda di test SPP e la scheda di test Multi-Line TRL sono state realizzate utilizzando CCL con costante dielettrica di 3.8, perdita dielettrica di 0.008 e foglio di rame RTF; l’attrezzatura di prova era l’oscilloscopio di campionamento DSA8300 e l’analizzatore di rete vettoriale E5071C; perdita di inserzione differenziale di ciascun metodo I risultati del test sono mostrati nella Tabella 2.

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Conclusione 4

Questo articolo introduce principalmente diversi metodi di misurazione della perdita di segnale della linea di trasmissione PCB attualmente utilizzati nel settore. A causa dei diversi metodi di prova utilizzati, i valori di perdita di inserzione misurati sono diversi e i risultati del test non possono essere confrontati direttamente orizzontalmente. Pertanto, la tecnologia di test della perdita di segnale appropriata dovrebbe essere selezionata in base ai vantaggi e ai limiti dei vari metodi tecnici e combinata con le proprie esigenze.