1 소개

인쇄 회로 기판 (PCB) 신호 무결성은 최근 몇 년 동안 뜨거운 주제였습니다. PCB 신호 무결성에 영향을 미치는 요인에 대한 분석에 대한 국내 연구 보고서는 많이 있지만 신호 손실 테스트 기술의 현재 상태에 대한 소개는 상대적으로 드뭅니다.

PCB 전송 라인 신호 손실의 원인은 도체 손실 및 재료의 유전 손실이며 동박 저항, 동박 거칠기, 방사 손실, 임피던스 불일치 및 누화와 같은 요인의 영향도 받습니다. 공급망에서 CCL(동박 적층판) 제조업체 및 PCB Express 제조업체의 승인 지표는 유전 상수 및 유전 손실을 사용합니다. PCB Express 제조업체와 터미널 간의 표시기는 일반적으로 그림 1과 같이 임피던스와 삽입 손실을 사용합니다.

PCB 인쇄 회로 기판의 신호 무결성에 영향을 미치는 요인 분석

고속 PCB 설계 및 사용을 위해 PCB 전송 라인의 신호 손실을 빠르고 효과적으로 측정하는 방법은 PCB 설계 매개변수 설정, 시뮬레이션 디버깅 및 생산 프로세스 제어에 매우 중요합니다.

2. PCB 삽입 손실 테스트 기술 현황

현재 업계에서 사용되는 PCB 신호 손실 테스트 방법은 사용되는 계측기에 따라 분류되며 시간 영역 기반 또는 주파수 영역 기반의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 시간 도메인 테스트 장비는 TDR(Time Domain Reflectometry) 또는 시간 도메인 전송 측정기(TImeDomain Transmission, TDT)입니다. 주파수 영역 테스트 장비는 벡터 네트워크 분석기(VNA)입니다. IPC-TM650 테스트 사양에서는 PCB 신호 손실 테스트를 위해 주파수 영역 방법, 유효 대역폭 방법, 루트 펄스 에너지 방법, 짧은 펄스 전파 방법, 단일 종단 TDR 차동 삽입 손실 방법의 XNUMX가지 테스트 방법을 권장합니다.

2.1 주파수 영역 방법

주파수 도메인 방법은 주로 벡터 네트워크 분석기를 사용하여 전송 라인의 S-파라미터를 측정하고 삽입 손실 값을 직접 읽은 다음 특정 주파수 범위(예: 1GHz ~ 5GHz) 보드의 합격/불합격을 측정합니다.

주파수 영역 방법의 측정 정확도의 차이는 주로 교정 방법에서 비롯됩니다. 교정 방법에 따라 SLOT(Short-Line-Open-Thru), MulTI-Line TRL(Thru-Reflect-Line) 및 Ecal(전자 교정) 전자 교정 방법으로 나눌 수 있습니다.

SLOT은 일반적으로 표준 교정 방법으로 간주됩니다[5]. 보정 모델에는 12개의 오류 매개변수가 있습니다. SLOT 방식의 교정 정확도는 교정 부품에 의해 결정됩니다. 고정밀 교정 부품은 측정 장비 제조업체에서 제공하지만 교정 부품은 고가이며 일반적으로 동축 환경에만 적합하므로 교정에 시간이 많이 걸리고 측정 단자 수가 증가함에 따라 기하학적으로 증가합니다.

MulTI-Line TRL 방법은 주로 비동축 교정 측정에 사용됩니다[6]. 사용자가 사용하는 전송선로의 재질과 테스트 주파수에 따라 그림 2와 같이 TRL 교정 부품을 설계 및 생산한다. Multi-Line TRL은 SLOT보다 설계 및 제작이 용이하지만 교정 시간은 Multi-Line TRL 방식도 측정 단자의 수가 증가함에 따라 기하학적으로 증가합니다.

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시간 소모적인 교정 문제를 해결하기 위해 측정 장비 제조업체는 Ecal 전자 교정 방법을 도입했습니다[7]. Ecal은 전송 표준입니다. 교정 정확도는 주로 원래 교정 부품에 의해 결정됩니다. 동시에 테스트 케이블의 안정성과 테스트 픽스처 장치의 복제가 테스트됩니다. 성능 및 테스트 빈도의 보간 알고리즘도 테스트 정확도에 영향을 미칩니다. 일반적으로 전자 교정 키트를 사용하여 기준 표면을 테스트 케이블 끝까지 교정한 다음 디임베딩 방법을 사용하여 고정물의 케이블 길이를 보상합니다. 그림 3과 같이.

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차동 전송선로의 삽입 손실을 예로 들어 세 가지 보정 방법을 비교한 결과를 표 1에 나타내었다.

2.2 유효 대역폭 방법

유효 대역폭(EBW)은 엄격한 의미에서 전송선 손실 α의 정성적 측정입니다. 삽입 손실의 양적 값을 제공할 수 없지만 EBW라는 매개변수를 제공합니다. 유효 대역폭 방법은 특정 상승 시간을 갖는 스텝 신호를 TDR을 통해 전송선로에 전송하고, TDR 계기와 DUT를 연결한 후 상승 시간의 최대 기울기를 측정하여 MV 단위의 손실 계수로 결정하는 것입니다. /NS. 보다 정확하게는 표면에서 표면으로 또는 레이어에서 레이어로 전송 라인 손실의 변화를 식별하는 데 사용할 수 있는 상대 총 손실 계수를 결정합니다[8]. 최대 기울기는 기기에서 직접 측정할 수 있으므로 인쇄 회로 기판의 대량 생산 테스트에 유효 대역폭 방법이 자주 사용됩니다. EBW 테스트의 개략도는 그림 4에 나와 있습니다.

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2.3 루트 펄스 에너지 방법

RIE(Root ImPulse Energy)는 일반적으로 TDR 장비를 사용하여 기준 손실 라인과 테스트 전송 라인의 TDR 파형을 얻은 다음 TDR 파형에 대한 신호 처리를 수행합니다. RIE 테스트 프로세스는 그림 5에 나와 있습니다.

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2.4 단파 펄스 전파 방식

짧은 펄스 전파 방식(Short Pulse Propagation, SPP라고 함) 테스트 원리는 30mm와 100mm와 같이 길이가 다른 두 개의 전송 라인을 측정하고 두 전송선 사이의 차이를 측정하여 매개변수 감쇠 계수와 위상을 추출하는 것입니다. 전송선 길이. 그림 6과 같이 상수입니다. 이 방법을 사용하면 커넥터, 케이블, 프로브 및 오실로스코프 정확도의 영향을 최소화할 수 있습니다. 고성능 TDR 장비와 IFN(Impulse Forming Network)을 사용하는 경우 테스트 주파수는 최대 40GHz가 될 수 있습니다.

2.5 단일 종단 TDR 차동 삽입 손실 방법

SET2DIL(Differential Insertion Loss)에 대한 단일 종단 TDR은 4포트 VNA를 사용하는 차동 삽입 손실 테스트와 다릅니다. 이 방법은 7포트 TDR 장비를 사용하여 차동 전송 라인에 TDR 단계 응답을 전송합니다. 차동 전송 라인의 끝은 그림 2과 같이 단락됩니다. SET2DIL 방법의 일반적인 측정 주파수 범위는 12GHz~ 2GHz이며 측정 정확도는 주로 테스트 케이블의 일관되지 않은 지연과 DUT의 임피던스 불일치에 의해 영향을 받습니다. SET4DIL 방식의 장점은 고가의 8포트 VNA와 캘리브레이션 부품을 사용할 필요가 없다는 점이다. 테스트 부품의 전송선 길이는 VNA 방식의 절반에 불과하다. 교정 부분의 구조가 간단하여 교정 시간이 크게 단축됩니다. PCB 제조에 ​​매우 적합합니다. 그림 XNUMX과 같이 배치 테스트.

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3 시험장비 및 시험결과

SET2DIL 테스트 보드, SPP 테스트 보드 및 Multi-Line TRL 테스트 보드는 유전 상수 3.8, 유전 손실 0.008, RTF 동박을 사용하여 CCL을 사용하여 제작되었습니다. 테스트 장비는 DSA8300 샘플링 오실로스코프 및 E5071C 벡터 네트워크 분석기였습니다. 각 방법의 미분 삽입 손실 시험 결과는 표 2와 같다.

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4 결론

이 기사에서는 주로 현재 업계에서 사용되는 여러 PCB 전송 라인 신호 손실 측정 방법을 소개합니다. 사용된 테스트 방법이 다르기 때문에 측정된 삽입 손실 값이 다르며 테스트 결과를 수평으로 직접 비교할 수 없습니다. 따라서 다양한 기술적 방법의 장점과 한계에 따라 적절한 신호 손실 테스트 기술을 선택하고 자신의 필요에 결합해야 합니다.