1 Wprowadzenie

Płytka drukowana (PCB) integralność sygnału jest w ostatnich latach gorącym tematem. Pojawiło się wiele doniesień z badań krajowych dotyczących analizy czynników wpływających na integralność sygnału PCB, ale test utraty sygnału Wprowadzenie do obecnego stanu technologii jest stosunkowo rzadkie.

Źródłem utraty sygnału linii przesyłowej PCB jest strata przewodnika i strata dielektryczna materiału, na którą mają również wpływ takie czynniki, jak rezystancja folii miedzianej, chropowatość folii miedzianej, utrata promieniowania, niedopasowanie impedancji i przesłuch. W łańcuchu dostaw wskaźniki akceptacji producentów laminatów platerowanych miedzią (CCL) i producentów ekspresowych PCB wykorzystują stałą dielektryczną i straty dielektryczne; podczas gdy wskaźniki między producentami PCB Express i terminalami zwykle wykorzystują impedancję i tłumienie wtrąceniowe, jak pokazano na rysunku 1.

Analiza czynników wpływających na integralność sygnału płytki drukowanej PCB

W przypadku szybkiego projektowania i użytkowania PCB, sposób szybkiego i skutecznego pomiaru utraty sygnału w liniach transmisyjnych PCB ma ogromne znaczenie dla ustawiania parametrów projektu PCB, debugowania symulacji i kontroli procesu produkcyjnego.

2. Aktualny stan technologii testowania strat wtrąceniowych PCB

Obecnie stosowane w przemyśle metody testowania strat sygnału na płytkach drukowanych są klasyfikowane na podstawie stosowanych przyrządów i można je podzielić na dwie kategorie: w oparciu o domenę czasu lub w oparciu o domenę częstotliwości. Przyrządem testowym w dziedzinie czasu jest reflektometria w dziedzinie czasu (TDR) lub miernik transmisji w dziedzinie czasu (TImeDomain Transmission, TDT); przyrządem testowym w dziedzinie częstotliwości jest Vector Network Analyzer (VNA). W specyfikacji testu IPC-TM650 zaleca się pięć metod testowania strat sygnału na płytce drukowanej: metodę w dziedzinie częstotliwości, metodę efektywnej szerokości pasma, metodę energii impulsu głównego, metodę propagacji krótkich impulsów, metodę różnicowej tłumienności wtrąceniowej TDR typu single-ended.

2.1 Metoda w dziedzinie częstotliwości

Metoda domeny częstotliwości wykorzystuje głównie wektorowy analizator sieci do pomiaru parametrów S linii transmisyjnej, bezpośrednio odczytuje wartość tłumienia wtrąceniowego, a następnie wykorzystuje nachylenie dopasowania średniej tłumienności wtrąceniowej w określonym zakresie częstotliwości (np. 1 GHz ~ 5 GHz) Zmierz pass/fail płyty.

Różnica w dokładności pomiaru metody w dziedzinie częstotliwości wynika głównie z metody kalibracji. Zgodnie z różnymi metodami kalibracji można go podzielić na metody kalibracji elektronicznej SLOT (krótka linia-otwarta), mulTI-linia TRL (linia przelotowa) i Ecal (kalibracja elektroniczna).

SLOT jest zwykle uważany za standardową metodę kalibracji [5]. Model kalibracyjny posiada 12 parametrów błędów. Dokładność kalibracji metody SLOT jest określona przez części kalibracyjne. Precyzyjne części kalibracyjne są dostarczane przez producentów sprzętu pomiarowego, ale części kalibracyjne są drogie i generalnie nadają się tylko do środowiska koncentrycznego, kalibracja jest czasochłonna i zwiększa się geometrycznie wraz ze wzrostem liczby zacisków pomiarowych.

Metoda MulTI-Line TRL jest wykorzystywana głównie do niekoncentrycznego pomiaru kalibracyjnego [6]. W zależności od materiału linii transmisyjnej używanej przez użytkownika i częstotliwości testu, części kalibracyjne TRL są projektowane i produkowane, jak pokazano na rysunku 2. Chociaż wieloliniowy TRL jest łatwiejszy do zaprojektowania i wyprodukowania niż SLOT, czas kalibracji Metoda Multi-Line TRL również wzrasta geometrycznie wraz ze wzrostem liczby zacisków pomiarowych.

Analiza czynników wpływających na integralność sygnału płytki drukowanej PCB

W celu rozwiązania problemu czasochłonnej kalibracji producenci aparatury pomiarowej wprowadzili metodę kalibracji elektronicznej Ecal [7]. Ecal to standard transmisji. Dokładność kalibracji zależy głównie od oryginalnych części kalibracyjnych. Jednocześnie testowana jest stabilność kabla testowego i duplikacja urządzenia testującego. Algorytm interpolacji wydajności i częstotliwości testów również ma wpływ na dokładność testu. Ogólnie rzecz biorąc, użyj elektronicznego zestawu kalibracyjnego, aby skalibrować powierzchnię odniesienia do końca kabla testowego, a następnie użyj metody usuwania osadzania, aby skompensować długość kabla uchwytu. Jak pokazano na rysunku 3.

Analiza czynników wpływających na integralność sygnału płytki drukowanej PCB

Aby otrzymać przykład tłumienia wtrąceniowego różnicowej linii transmisyjnej, porównanie trzech metod kalibracji przedstawiono w tabeli 1.

2.2 Metoda efektywnej przepustowości

Efektywna przepustowość (EBW) to jakościowy pomiar strat w linii transmisyjnej α w ścisłym tego słowa znaczeniu. Nie może podać ilościowej wartości tłumienia wtrąceniowego, ale zapewnia parametr zwany EBW. Efektywna metoda szerokości pasma polega na przesłaniu sygnału krokowego o określonym czasie narastania do linii przesyłowej przez TDR, pomiarze maksymalnego nachylenia czasu narastania po połączeniu przyrządu TDR i DUT i określeniu go jako współczynnika strat w MV /s. Dokładniej, określa względny współczynnik strat całkowitych, który można wykorzystać do identyfikacji zmian strat w linii przesyłowej z powierzchni na powierzchnię lub od warstwy do warstwy [8]. Ponieważ maksymalne nachylenie można zmierzyć bezpośrednio z przyrządu, metoda efektywnej szerokości pasma jest często wykorzystywana do testowania masowej produkcji płytek obwodów drukowanych. Schemat ideowy testu EBW pokazano na rysunku 4.

Analiza czynników wpływających na integralność sygnału płytki drukowanej PCB

2.3 Metoda energii impulsu korzeniowego

Root Impulse Energy (RIE) zwykle wykorzystuje przyrząd TDR do uzyskania przebiegów TDR referencyjnej linii strat i testowej linii transmisyjnej, a następnie wykonuje przetwarzanie sygnału na przebiegach TDR. Proces testowy RIE pokazano na rysunku 5:

Analiza czynników wpływających na integralność sygnału płytki drukowanej PCB

2.4 Metoda propagacji krótkich impulsów

Metoda testu propagacji krótkich impulsów (Short Pulse Propagation, określana jako SPP) polega na pomiarze dwóch linii transmisyjnych o różnych długościach, takich jak 30 mm i 100 mm, i wyodrębnieniu współczynnika tłumienia parametru i fazy poprzez pomiar różnicy między nimi długości linii przesyłowych. Stała, jak pokazano na rysunku 6. Zastosowanie tej metody może zminimalizować wpływ złączy, kabli, sond i dokładności oscyloskopu. Jeśli używane są wysokowydajne przyrządy TDR i IFN (Impulse Forming Network), częstotliwość testowa może wynosić nawet 40 GHz.

2.5 Metoda różnicowego tłumienia wtrąceniowego TDR z jednym zakończeniem

Single-Ended TDR to Differential Insertion Loss (SET2DIL) różni się od testu różnicowej tłumienności wtrąceniowej przy użyciu 4-portowego VNA. Ta metoda wykorzystuje dwuportowy instrument TDR do przesyłania odpowiedzi skokowej TDR do różnicowej linii transmisyjnej. Koniec różnicowej linii transmisyjnej jest zwarty, jak pokazano na rysunku 7. Typowy zakres częstotliwości pomiarowych metody SET2DIL wynosi 2 GHz ~ 12 GHz, a na dokładność pomiaru wpływa głównie niespójne opóźnienie kabla testowego i niedopasowanie impedancji testowanego urządzenia. Zaletą metody SET2DIL jest to, że nie ma potrzeby używania drogiego 4-portowego VNA i jego części kalibracyjnych. Długość linii transmisyjnej badanej części to tylko połowa metody VNA. Część kalibracyjna ma prostą strukturę, a czas kalibracji jest znacznie skrócony. Jest bardzo odpowiedni do produkcji PCB. Test wsadowy, jak pokazano na rysunku 8.

Analiza czynników wpływających na integralność sygnału płytki drukowanej PCB

3 Sprzęt testowy i wyniki testów

Płytka testowa SET2DIL, płytka testowa SPP i płytka testowa Multi-Line TRL zostały wykonane przy użyciu CCL o stałej dielektrycznej 3.8, stratności dielektrycznej 0.008 i folii miedzianej RTF; sprzętem badawczym był oscyloskop próbkujący DSA8300 i wektorowy analizator sieci E5071C; różnicowe tłumienie wtrąceniowe każdej metody Wyniki badań przedstawiono w Tabeli 2.

Analiza czynników wpływających na integralność sygnału płytki drukowanej PCB

Wnioski 4

W tym artykule przedstawiono głównie kilka metod pomiaru strat sygnału linii transmisyjnej PCB stosowanych obecnie w przemyśle. Ze względu na różne stosowane metody testowe zmierzone wartości tłumienności wtrąceniowej są różne, a wyników testu nie można bezpośrednio porównywać w poziomie. Dlatego też odpowiednią technologię testowania strat sygnału należy dobrać odpowiednio do zalet i ograniczeń różnych metod technicznych oraz w połączeniu z ich własnymi potrzebami.