1 Introdução

Placa de circuito impresso (PCB) integridade de sinal tem sido um tema quente nos últimos anos. Tem havido muitos relatórios de pesquisas nacionais sobre a análise de fatores que afetam a integridade do sinal do PCB, mas o teste de perda de sinal Introdução ao estado atual da tecnologia é relativamente raro.

A fonte da perda de sinal da linha de transmissão de PCB é a perda do condutor e a perda dielétrica do material, e também é afetada por fatores como resistência da folha de cobre, rugosidade da folha de cobre, perda de radiação, incompatibilidade de impedância e diafonia. Na cadeia de abastecimento, os indicadores de aceitação dos fabricantes de laminado revestido de cobre (CCL) e fabricantes de expressos PCB usam constante dielétrica e perda dielétrica; enquanto os indicadores entre os fabricantes e terminais expressos de PCB geralmente usam impedância e perda de inserção, como mostrado na Figura 1.

Análise de fatores que influenciam a integridade do sinal da placa de circuito impresso PCB

Para design e uso de PCB de alta velocidade, como medir rápida e efetivamente a perda de sinal de linhas de transmissão de PCB é de grande importância para a configuração dos parâmetros de design de PCB, simulação de depuração e controle do processo de produção.

2. Status atual da tecnologia de teste de perda de inserção de PCB

Os métodos de teste de perda de sinal de PCB usados ​​atualmente na indústria são classificados a partir dos instrumentos usados ​​e podem ser divididos em duas categorias: com base no domínio do tempo ou com base no domínio da frequência. O instrumento de teste no domínio do tempo é uma Reflectometria no Domínio do Tempo (TDR) ou um medidor de transmissão no domínio do tempo (TImeDomain Transmission, TDT); o instrumento de teste no domínio da frequência é um Vector Network Analyzer (VNA). Na especificação de teste IPC-TM650, cinco métodos de teste são recomendados para o teste de perda de sinal de PCB: método de domínio de frequência, método de largura de banda efetiva, método de energia de pulso raiz, método de propagação de pulso curto, método de perda de inserção diferencial TDR de terminação única.

2.1 Método de domínio de frequência

O Método de Domínio de Frequência usa principalmente um analisador de rede vetorial para medir os parâmetros S da linha de transmissão, lê diretamente o valor da perda de inserção e, em seguida, usa a inclinação de ajuste da perda de inserção média em uma faixa de frequência específica (como 1 GHz ~ 5 GHz) Meça a aprovação / reprovação da placa.

A diferença na precisão da medição do método no domínio da frequência vem principalmente do método de calibração. De acordo com os diferentes métodos de calibração, pode ser subdividido em métodos de calibração eletrônica SLOT (Short-Line-Open-Thru), MulTI-Line TRL (Thru-Reflect-Line) e Ecal (Electronic calibraTIon).

SLOT é geralmente considerado como um método de calibração padrão [5]. O modelo de calibração possui 12 parâmetros de erro. A precisão da calibração do método SLOT é determinada pelas peças de calibração. As peças de calibração de alta precisão são fornecidas pelos fabricantes de equipamentos de medição, mas as peças de calibração são caras, e geralmente adequadas apenas para ambiente coaxial, a calibração é demorada e aumenta geometricamente conforme o número de terminais de medição aumenta.

O método MulTI-Line TRL é usado principalmente para medições de calibração não coaxial [6]. De acordo com o material da linha de transmissão utilizado pelo usuário e a frequência de teste, as peças de calibração do TRL são projetadas e produzidas, conforme mostrado na Figura 2. Embora o TRL Multi-Line seja mais fácil de projetar e fabricar do que o SLOT, o tempo de calibração do O método Multi-Line TRL também aumenta geometricamente com o aumento do número de terminais de medição.

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Para resolver o problema de calibração demorada, os fabricantes de equipamentos de medição introduziram o método de calibração eletrônica Ecal [7]. Ecal é um padrão de transmissão. A precisão da calibração é determinada principalmente pelas peças de calibração originais. Ao mesmo tempo, a estabilidade do cabo de teste e a duplicação do dispositivo de fixação de teste são testadas. O algoritmo de interpolação de desempenho e frequência de teste também tem impacto na precisão do teste. Geralmente, use o kit de calibração eletrônico para calibrar a superfície de referência até o final do cabo de teste e, em seguida, use o método de desencaixe para compensar o comprimento do cabo do acessório. Conforme mostrado na Figura 3.

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Para obter a perda de inserção da linha de transmissão diferencial como um exemplo, a comparação dos três métodos de calibração é mostrada na Tabela 1.

2.2 Método de largura de banda efetiva

A largura de banda efetiva (EBW) é uma medida qualitativa da perda de linha de transmissão α em um sentido estrito. Ele não pode fornecer um valor quantitativo de perda de inserção, mas fornece um parâmetro chamado EBW. O método de largura de banda efetiva é transmitir um sinal de degrau com um tempo de subida específico para a linha de transmissão por meio do TDR, medir a inclinação máxima do tempo de subida após o instrumento TDR e o DUT serem conectados e determiná-lo como o fator de perda, em MV / s. Mais precisamente, o que ele determina é um fator de perda total relativo, que pode ser usado para identificar as mudanças na perda da linha de transmissão de superfície a superfície ou camada a camada [8]. Uma vez que a inclinação máxima pode ser medida diretamente do instrumento, o método de largura de banda efetiva é freqüentemente usado para testes de produção em massa de placas de circuito impresso. O diagrama esquemático do teste EBW é mostrado na Figura 4.

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2.3 Método de energia de pulso raiz

O Root ImPulse Energy (RIE) geralmente usa um instrumento TDR para obter as formas de onda TDR da linha de perda de referência e da linha de transmissão de teste e, em seguida, executa o processamento do sinal nas formas de onda TDR. O processo de teste RIE é mostrado na Figura 5:

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2.4 Método de propagação de pulso curto

O princípio de teste do método de propagação de pulso curto (Short Pulse Propagation, referido como SPP) é medir duas linhas de transmissão de comprimentos diferentes, como 30 mm e 100 mm, e extrair o coeficiente de atenuação do parâmetro e fase medindo a diferença entre os dois comprimentos de linha de transmissão. Constante, conforme mostrado na Figura 6. O uso desse método pode minimizar o impacto da precisão dos conectores, cabos, pontas de prova e osciloscópio. Se forem usados ​​instrumentos TDR de alto desempenho e IFN (Rede de formação de impulso), a frequência de teste pode chegar a 40 GHz.

2.5 Método de perda de inserção diferencial TDR de terminação única

TDR de extremidade única para perda de inserção diferencial (SET2DIL) é diferente do teste de perda de inserção diferencial usando VNA de 4 portas. Este método usa um instrumento TDR de duas portas para transmitir a resposta ao degrau TDR para a linha de transmissão diferencial. O final da linha de transmissão diferencial está em curto, conforme mostrado na Figura 7. A faixa de frequência de medição típica do método SET2DIL é 2 GHz ~ 12 GHz, e a precisão da medição é afetada principalmente pelo atraso inconsistente do cabo de teste e pela diferença de impedância do DUT. A vantagem do método SET2DIL é que não há necessidade de usar um VNA de 4 portas caro e suas peças de calibração. O comprimento da linha de transmissão da parte testada é apenas metade do método VNA. A parte de calibração tem uma estrutura simples e o tempo de calibração é bastante reduzido. É muito adequado para fabricação de PCB. Teste em lote, conforme mostrado na Figura 8.

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3 Equipamento de teste e resultados de teste

A placa de teste SET2DIL, a placa de teste SPP e a placa de teste Multi-Line TRL foram feitas usando CCL com constante dielétrica de 3.8, perda dielétrica de 0.008 e folha de cobre RTF; o equipamento de teste foi o osciloscópio de amostragem DSA8300 e o analisador de rede vetorial E5071C; perda de inserção diferencial de cada método Os resultados do teste são mostrados na Tabela 2.

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Conclusão 4

Este artigo apresenta principalmente vários métodos de medição de perda de sinal de linha de transmissão de PCB usados ​​atualmente na indústria. Devido aos diferentes métodos de teste usados, os valores de perda de inserção medidos são diferentes e os resultados do teste não podem ser comparados diretamente horizontalmente. Portanto, a tecnologia de teste de perda de sinal apropriada deve ser selecionada de acordo com as vantagens e limitações de vários métodos técnicos e combinada com suas próprias necessidades.