1 Innledning

Kretskort (PCB) signalintegritet har vært et hett tema de siste årene. Det har vært mange innenlandske forskningsrapporter om analyse av faktorer som påvirker PCB-signalintegriteten, men signaltapstesten Introduksjon til teknologiens nåværende tilstand er relativt sjelden.

Kilden til PCB-transmisjonslinjesignaltapet er ledertapet og dielektrisk tap av materialet, og det påvirkes også av faktorer som kobberfoliemotstand, kobberfolieruhet, strålingstap, impedansmistilpasning og krysstale. I forsyningskjeden bruker akseptindikatorene til produsenter av kobberbelagt laminat (CCL) og PCB-ekspressprodusenter dielektrisk konstant og dielektrisk tap; mens indikatorene mellom PCB-ekspressprodusenter og terminaler vanligvis bruker impedans og innsettingstap, som vist i figur 1.

Analyse av påvirkningsfaktorer for signalintegritet til PCB-kretskort

For høyhastighets PCB-design og bruk, er hvordan man raskt og effektivt måler signaltapet til PCB-overføringslinjer av stor betydning for innstilling av PCB-designparametere, simuleringsfeilsøking og kontroll av produksjonsprosessen.

2. Nåværende status for testteknologi for tap av PCB-innsetting

Testmetodene for PCB-signaltap som i dag brukes i industrien er klassifisert fra instrumentene som brukes, og kan deles inn i to kategorier: basert på tidsdomenet eller basert på frekvensdomenet. Tidsdomenetestinstrumentet er en Time Domain Reflectometry (TDR) eller en tidsdomeneoverføringsmåler (TImeDomain Transmission, TDT); frekvensdomenetestinstrumentet er en Vector Network Analyzer (VNA). I IPC-TM650-testspesifikasjonen anbefales fem testmetoder for testing av PCB-signaltap: frekvensdomenemetode, effektiv båndbreddemetode, rotpulsenergimetode, metode for forplantning av kort puls, metode for tap av differensialinnsetting av TDR med én ende.

2.1 Frekvensdomenemetode

Frekvensdomenemetoden bruker hovedsakelig en vektornettverksanalysator for å måle S-parametrene til overføringslinjen, leser direkte innsettingstapverdien og bruker deretter tilpasningshellingen til det gjennomsnittlige innsettingstapet i et spesifikt frekvensområde (som 1 GHz ~ 5 GHz) Mål bestått/ikke bestått på brettet.

Forskjellen i målenøyaktigheten til frekvensdomenemetoden kommer hovedsakelig fra kalibreringsmetoden. I henhold til de forskjellige kalibreringsmetodene kan den deles inn i SLOT (Short-Line-Open-Thru), Multi-Line TRL (Thru-Reflect-Line) og Ecal (Electronic calibraTION) elektroniske kalibreringsmetoder.

SLOT blir vanligvis sett på som en standard kalibreringsmetode [5]. Kalibreringsmodellen har 12 feilparametere. Kalibreringsnøyaktigheten til SLOT-metoden bestemmes av kalibreringsdelene. Kalibreringsdelene med høy presisjon er levert av produsentene av måleutstyret, men kalibreringsdelene er dyre, og vanligvis bare egnet for koaksiale miljøer, kalibrering er tidkrevende og øker geometrisk etter hvert som antall måleterminaler øker.

Multi-Line TRL-metoden brukes hovedsakelig for ikke-koaksial kalibreringsmåling [6]. I henhold til materialet til overføringslinjen som brukes av brukeren og testfrekvensen, er TRL-kalibreringsdelene designet og produsert, som vist i figur 2. Selv om Multi-Line TRL er lettere å designe og produsere enn SLOT, er kalibreringstiden på Multi-Line TRL-metoden øker også geometrisk med økningen av antall måleterminaler.

Analyse av påvirkningsfaktorer for signalintegritet til PCB-kretskort

For å løse problemet med tidkrevende kalibrering har produsenter av måleutstyr introdusert den elektroniske kalibreringsmetoden Ecal [7]. Ecal er en transmisjonsstandard. Kalibreringsnøyaktigheten bestemmes hovedsakelig av de originale kalibreringsdelene. Samtidig testes stabiliteten til testkabelen og dupliseringen av testarmaturen. Interpolasjonsalgoritmen for ytelse og testfrekvens har også innvirkning på testnøyaktigheten. Vanligvis, bruk det elektroniske kalibreringssettet til å kalibrere referanseoverflaten til enden av testkabelen, og bruk deretter de-embedding-metoden for å kompensere kabellengden til fiksturen. Som vist i figur 3.

Analyse av påvirkningsfaktorer for signalintegritet til PCB-kretskort

For å oppnå innsettingstapet til differensialoverføringslinjen som et eksempel, er sammenligningen av de tre kalibreringsmetodene vist i tabell 1.

2.2 Effektiv båndbreddemetode

Effektiv båndbredde (EBW) er en kvalitativ måling av overføringslinjetapet α i streng forstand. Den kan ikke gi en kvantitativ verdi for innsettingstap, men den gir en parameter kalt EBW. Den effektive båndbreddemetoden er å overføre et trinnsignal med en spesifikk stigetid til overføringslinjen gjennom TDR, måle den maksimale helningen på stigetiden etter at TDR-instrumentet og DUT er koblet til, og bestemme det som tapsfaktor, i MV /s. Mer presist, det den bestemmer er en relativ total tapsfaktor, som kan brukes til å identifisere endringene i overføringslinjetapet fra overflate til overflate eller lag til lag [8]. Siden maksimal helning kan måles direkte fra instrumentet, brukes den effektive båndbreddemetoden ofte for masseproduksjonstesting av trykte kretskort. Det skjematiske diagrammet av EBW-testen er vist i figur 4.

Analyse av påvirkningsfaktorer for signalintegritet til PCB-kretskort

2.3 Rotpulsenergimetoden

Root ImPulse Energy (RIE) bruker vanligvis et TDR-instrument for å oppnå TDR-bølgeformene til referansetapslinjen og testoverføringslinjen, og deretter utføre signalbehandling på TDR-bølgeformene. RIE-testprosessen er vist i figur 5:

Analyse av påvirkningsfaktorer for signalintegritet til PCB-kretskort

2.4 Metode for forplantning av kort puls

Den korte pulsutbredelsesmetoden (Short Pulse Propagation, referert til som SPP) testprinsippet er å måle to overføringslinjer med forskjellig lengde, for eksempel 30 mm og 100 mm, og trekke ut parameterdempningskoeffisienten og fasen ved å måle forskjellen mellom de to overføringslinjelengder. Konstant, som vist i figur 6. Bruk av denne metoden kan minimere virkningen av kontakter, kabler, sonder og oscilloskopets nøyaktighet. Hvis høyytelses TDR-instrumenter og IFN (Impulse Forming Network) brukes, kan testfrekvensen være så høy som 40 GHz.

2.5 Single-ended TDR differensial innsettingstap metode

Single-Ended TDR til Differential Insertion Loss (SET2DIL) er forskjellig fra differensial innsettingstap-test ved bruk av 4-ports VNA. Denne metoden bruker et to-ports TDR-instrument for å overføre TDR-trinnresponsen til differensialoverføringslinjen. Enden av differensialoverføringslinjen er kortsluttet, som vist i figur 7. Det typiske målefrekvensområdet til SET2DIL-metoden er 2 GHz ~ 12 GHz, og målenøyaktigheten påvirkes hovedsakelig av den inkonsekvente forsinkelsen til testkabelen og impedansmistilpasningen til DUT. Fordelen med SET2DIL-metoden er at det ikke er nødvendig å bruke en dyr 4-ports VNA og dens kalibreringsdeler. Lengden på overføringslinjen til den testede delen er bare halvparten av VNA-metoden. Kalibreringsdelen har en enkel struktur og kalibreringstiden reduseres kraftig. Den er veldig egnet for PCB-produksjon. Batchtest, som vist i figur 8.

Analyse av påvirkningsfaktorer for signalintegritet til PCB-kretskort

3 Testutstyr og testresultater

SET2DIL testkort, SPP testkort og Multi-Line TRL testkort ble laget ved bruk av CCL med dielektrisk konstant på 3.8, dielektrisk tap på 0.008 og RTF kobberfolie; testutstyr var DSA8300 prøvetakingsoscilloskop og E5071C vektornettverksanalysator; differensielt innsettingstap for hver metode Testresultatene er vist i tabell 2.

Analyse av påvirkningsfaktorer for signalintegritet til PCB-kretskort

4 Konklusjon

Denne artikkelen introduserer hovedsakelig flere målemetoder for tapsmåling av PCB-overføringslinjesignaler som for tiden brukes i industrien. På grunn av de forskjellige testmetodene som brukes, er de målte verdiene for innsettingstap forskjellige, og testresultatene kan ikke sammenlignes direkte horisontalt. Derfor bør den passende testteknologien for signaltap velges i henhold til fordelene og begrensningene til ulike tekniske metoder, og kombineres med deres egne behov.