1 Ievads

Iespiedshēmas plate (PCB) signāla integritāte pēdējos gados ir bijusi aktuāla tēma. Ir bijuši daudzi vietējie pētījumi par PCB signāla integritāti ietekmējošo faktoru analīzi, taču signāla zuduma tests Ievads pašreizējā tehnoloģijas stāvoklī ir salīdzinoši reti.

PCB pārvades līnijas signāla zuduma avots ir materiāla vadītāja zudumi un dielektriskie zudumi, un to ietekmē arī tādi faktori kā vara folijas pretestība, vara folijas raupjums, starojuma zudums, pretestības neatbilstība un šķērsruna. Piegādes ķēdē vara pārklājuma lamināta (CCL) ražotāju un PCB ekspresražotāju pieņemšanas rādītāji izmanto dielektrisko konstanti un dielektriskos zudumus; savukārt indikatori starp PCB ekspresražotājiem un spailēm parasti izmanto pretestību un ievietošanas zudumu, kā parādīts 1. attēlā.

PCB iespiedshēmas plates signālu integritāti ietekmējošo faktoru analīze

Ātrgaitas PCB projektēšanā un lietošanā, kā ātri un efektīvi izmērīt PCB pārvades līniju signāla zudumu, ir liela nozīme PCB konstrukcijas parametru iestatīšanā, simulācijas atkļūdošanā un ražošanas procesa kontrolē.

2. PCB ievietošanas zudumu pārbaudes tehnoloģijas pašreizējais stāvoklis

Pašlaik nozarē izmantotās PCB signāla zudumu pārbaudes metodes tiek klasificētas pēc izmantotajiem instrumentiem, un tās var iedalīt divās kategorijās: pamatojoties uz laika domēnu vai pēc frekvences domēna. Laika domēna pārbaudes instruments ir Time Domain Reflectometry (TDR) vai laika domēna pārraides mērītājs (TImeDomain Transmission, TDT); frekvenču domēna pārbaudes instruments ir vektoru tīkla analizators (VNA). IPC-TM650 testa specifikācijā PCB signāla zudumu testēšanai ir ieteicamas piecas testa metodes: frekvenču domēna metode, efektīvās joslas platuma metode, saknes impulsa enerģijas metode, īsa impulsa izplatīšanās metode, viena gala TDR diferenciālās ievietošanas zuduma metode.

2.1. Frekvences domēna metode

Frekvences domēna metode galvenokārt izmanto vektoru tīkla analizatoru, lai izmērītu pārvades līnijas S-parametrus, tieši nolasa ievietošanas zuduma vērtību un pēc tam izmanto vidējā ievietošanas zuduma pielāgošanas slīpumu noteiktā frekvenču diapazonā (piemēram, 1 GHz ~). 5 GHz) Izmēriet paneļa apstiprinājumu/neatbilstību.

Frekvences domēna metodes mērījumu precizitātes atšķirība galvenokārt izriet no kalibrēšanas metodes. Saskaņā ar dažādām kalibrēšanas metodēm to var iedalīt SLOT (Short-Line-Open-Thru), Multi-Line TRL (Thru-Reflect-Line) un Ecal (elektroniskā kalibrēšana) elektroniskās kalibrēšanas metodēs.

SLOT parasti tiek uzskatīts par standarta kalibrēšanas metodi [5]. Kalibrēšanas modelim ir 12 kļūdu parametri. SLOT metodes kalibrēšanas precizitāti nosaka kalibrēšanas daļas. Augstas precizitātes kalibrēšanas daļas nodrošina mērīšanas iekārtu ražotāji, taču kalibrēšanas daļas ir dārgas, un parasti tās ir piemērotas tikai koaksiālajai videi, kalibrēšana ir laikietilpīga un ģeometriski palielinās, palielinoties mērīšanas spaiļu skaitam.

MultiTI-Line TRL metodi galvenokārt izmanto nekoaksiālās kalibrēšanas mērījumiem [6]. Saskaņā ar lietotāja izmantoto pārvades līnijas materiālu un testa frekvenci TRL kalibrēšanas daļas tiek projektētas un ražotas, kā parādīts 2. attēlā. Lai gan Multi-Line TRL ir vieglāk projektēt un ražot nekā SLOT, kalibrēšanas laiks Multi-Line TRL metode arī ģeometriski palielinās, palielinoties mērījumu terminālu skaitam.

PCB iespiedshēmas plates signālu integritāti ietekmējošo faktoru analīze

Lai atrisinātu laikietilpīgās kalibrēšanas problēmu, mērīšanas iekārtu ražotāji ir ieviesuši Ecal elektroniskās kalibrēšanas metodi [7]. Ecal ir pārraides standarts. Kalibrēšanas precizitāti galvenokārt nosaka sākotnējās kalibrēšanas daļas. Tajā pašā laikā tiek pārbaudīta testa kabeļa stabilitāte un testa armatūras ierīces dublēšanās. Veiktspējas un pārbaudes biežuma interpolācijas algoritms arī ietekmē testa precizitāti. Parasti izmantojiet elektronisko kalibrēšanas komplektu, lai kalibrētu atskaites virsmu līdz testa kabeļa galam, un pēc tam izmantojiet de-iegulšanas metodi, lai kompensētu armatūras kabeļa garumu. Kā parādīts 3. attēlā.

PCB iespiedshēmas plates signālu integritāti ietekmējošo faktoru analīze

Lai iegūtu diferenciālās pārvades līnijas ievietošanas zudumu kā piemēru, trīs kalibrēšanas metožu salīdzinājums ir parādīts 1. tabulā.

2.2. Efektīva joslas platuma metode

Efektīvais joslas platums (EBW) ir pārvades līnijas zuduma α kvalitatīvs mērījums tiešā nozīmē. Tas nevar nodrošināt ievietošanas zuduma kvantitatīvo vērtību, bet nodrošina parametru, ko sauc par EBW. Efektīvā joslas platuma metode ir pārraidīt soļa signālu ar noteiktu pieauguma laiku uz pārvades līniju caur TDR, izmērīt maksimālo pieauguma laika slīpumu pēc TDR instrumenta un DUT savienošanas un noteikt to kā zuduma koeficientu MV. /s. Precīzāk, tas nosaka relatīvo kopējo zudumu koeficientu, ko var izmantot, lai noteiktu izmaiņas pārvades līnijas zudumos no virsmas uz virsmu vai slāni uz slāni [8]. Tā kā maksimālo slīpumu var izmērīt tieši no instrumenta, efektīvās joslas platuma metodi bieži izmanto iespiedshēmu plates masveida ražošanas testēšanai. EBW testa shematiskā diagramma ir parādīta 4. attēlā.

PCB iespiedshēmas plates signālu integritāti ietekmējošo faktoru analīze

2.3. Saknes impulsa enerģijas metode

Root ImPulse Energy (RIE) parasti izmanto TDR instrumentu, lai iegūtu atsauces zuduma līnijas un testa pārraides līnijas TDR viļņu formas un pēc tam veiktu signālu apstrādi TDR viļņu formām. RIE testa process ir parādīts 5. attēlā:

PCB iespiedshēmas plates signālu integritāti ietekmējošo faktoru analīze

2.4. Īsa impulsa izplatīšanās metode

Īsā impulsa izplatīšanās metode (Short Pulse Propagation, saukta par SPP) testa princips ir izmērīt divas dažāda garuma pārvades līnijas, piemēram, 30 mm un 100 mm, un iegūt parametru vājinājuma koeficientu un fāzi, mērot atšķirību starp abām. pārvades līniju garumi. Konstants, kā parādīts 6. attēlā. Izmantojot šo metodi, var samazināt savienotāju, kabeļu, zondes un osciloskopa precizitātes ietekmi. Ja tiek izmantoti augstas veiktspējas TDR instrumenti un IFN (Impulse Forming Network), testa frekvence var sasniegt 40 GHz.

2.5. Viena gala TDR diferenciālās ievietošanas zuduma metode

Viena gala TDR uz diferenciālās ievietošanas zudumu (SET2DIL) atšķiras no diferenciālās ievietošanas zuduma testa, izmantojot 4 portu VNA. Šī metode izmanto divu portu TDR instrumentu, lai pārraidītu TDR soļu reakciju uz diferenciālo pārvades līniju. Diferenciālās pārvades līnijas galā ir īssavienojums, kā parādīts 7. attēlā. SET2DIL metodes tipiskais mērījumu frekvenču diapazons ir 2 GHz ~ 12 GHz, un mērījumu precizitāti galvenokārt ietekmē testa kabeļa nekonsekventā aizkave un DUT pretestības neatbilstība. SET2DIL metodes priekšrocība ir tāda, ka nav jāizmanto dārga 4 portu VNA un tās kalibrēšanas daļas. Pārbaudītās daļas pārvades līnijas garums ir tikai puse no VNA metodes. Kalibrēšanas daļai ir vienkārša struktūra, un kalibrēšanas laiks ir ievērojami samazināts. Tas ir ļoti piemērots PCB ražošanai. Partijas tests, kā parādīts 8. attēlā.

PCB iespiedshēmas plates signālu integritāti ietekmējošo faktoru analīze

3 Pārbaudes aprīkojums un testa rezultāti

SET2DIL testa plate, SPP testa plate un Multi-Line TRL testa plate tika izgatavota, izmantojot CCL ar dielektrisko konstanti 3.8, dielektrisko zudumu 0.008 un RTF vara foliju; testa aprīkojums bija DSA8300 paraugu ņemšanas osciloskops un E5071C vektoru tīkla analizators; Katras metodes diferenciālais ievietošanas zudums Testa rezultāti ir parādīti 2. tabulā.

PCB iespiedshēmas plates signālu integritāti ietekmējošo faktoru analīze

4 Secinājums

Šis raksts galvenokārt iepazīstina ar vairākām PCB pārvades līniju signālu zudumu mērīšanas metodēm, kuras pašlaik tiek izmantotas nozarē. Dažādo izmantoto testa metožu dēļ izmērītās ievietošanas zudumu vērtības ir atšķirīgas, un testa rezultātus nevar tieši salīdzināt horizontāli. Tāpēc atbilstošā signāla zuduma pārbaudes tehnoloģija ir jāizvēlas atbilstoši dažādu tehnisko metožu priekšrocībām un ierobežojumiem un jāapvieno ar savām vajadzībām.