Analiza factorilor de influență ai integrității semnalului plăcii de circuite imprimate PCB

1 Introducere

Circuit imprimat bord Integritatea semnalului (PCB) a fost un subiect fierbinte în ultimii ani. Au existat multe rapoarte de cercetare interne privind analiza factorilor care afectează integritatea semnalului PCB, dar testul de pierdere a semnalului Introducerea în starea actuală a tehnologiei este relativ rar.

ipcb

Sursa de pierdere a semnalului liniei de transmisie PCB este pierderea conductorului și pierderea dielectrică a materialului și este, de asemenea, afectată de factori precum rezistența foliei de cupru, rugozitatea foliei de cupru, pierderea de radiație, nepotrivirea impedanței și diafonia. În lanțul de aprovizionare, indicatorii de acceptare ai producătorilor de laminate placate cu cupru (CCL) și ai producătorilor de PCB Express utilizează constanta dielectrică și pierderea dielectrică; în timp ce indicatorii dintre producătorii de PCB Express și terminale folosesc de obicei pierderea de impedanță și de inserție, așa cum se arată în Figura 1.

Analiza factorilor de influență ai integrității semnalului plăcii de circuite imprimate PCB

Pentru proiectarea și utilizarea PCB de mare viteză, modul de măsurare rapidă și eficientă a pierderii de semnal a liniilor de transmisie PCB este de mare importanță pentru setarea parametrilor de proiectare PCB, depanarea simulării și controlul procesului de producție.

2. Starea actuală a tehnologiei de testare a pierderilor de inserție PCB

Metodele de testare a pierderii semnalului PCB utilizate în prezent în industrie sunt clasificate în funcție de instrumentele utilizate și pot fi împărțite în două categorii: bazate pe domeniul timpului sau pe domeniul frecvenței. Instrumentul de testare în domeniul timpului este un Time Domain Reflectometry (TDR) sau un contor de transmisie în domeniul timpului (TImeDomain Transmission, TDT); instrumentul de testare în domeniul frecvenței este un analizor de rețea vectorială (VNA). În specificația de testare IPC-TM650, sunt recomandate cinci metode de testare pentru testarea pierderii semnalului PCB: metoda domeniului de frecvență, metoda lățimii de bandă efectivă, metoda energiei impulsului rădăcină, metoda de propagare a impulsului scurt, metoda pierderii diferențiale de inserție TDR cu un singur capăt.

2.1 Metoda domeniului de frecvență

Metoda domeniului de frecvență folosește în principal un analizor de rețea vectorială pentru a măsura parametrii S ai liniei de transmisie, citește direct valoarea pierderii de inserție și apoi utilizează panta de adaptare a pierderii medii de inserție într-un interval de frecvență specific (cum ar fi 1 GHz ~ 5 GHz) Măsurați trecerea/eșecul plăcii.

Diferența de precizie a măsurării metodei domeniului de frecvență provine în principal din metoda de calibrare. Conform diferitelor metode de calibrare, acesta poate fi subdivizat în metode de calibrare electronică SLOT (Short-Line-Open-Thru), Multi-Line TRL (Thru-Reflect-Line) și Ecal (Electronic calibraTION).

SLOT este de obicei considerată o metodă standard de calibrare [5]. Modelul de calibrare are 12 parametri de eroare. Precizia de calibrare a metodei SLOT este determinată de părțile de calibrare. Piesele de calibrare de înaltă precizie sunt furnizate de producătorii de echipamente de măsurare, dar piesele de calibrare sunt scumpe și, în general, potrivite numai pentru mediul coaxial, calibrarea necesită timp și crește geometric pe măsură ce numărul terminalelor de măsurare crește.

Metoda Multi-Line TRL este utilizată în principal pentru măsurarea de calibrare non-coaxială [6]. În funcție de materialul liniei de transmisie utilizat de utilizator și de frecvența de testare, piesele de calibrare TRL sunt proiectate și produse, așa cum se arată în Figura 2. Deși Multi-Line TRL este mai ușor de proiectat și fabricat decât SLOT, timpul de calibrare al Metoda Multi-Line TRL crește și geometric odată cu creșterea numărului de terminale de măsurare.

Analiza factorilor de influență ai integrității semnalului plăcii de circuite imprimate PCB

Pentru a rezolva problema calibrării consumatoare de timp, producătorii de echipamente de măsurare au introdus metoda de calibrare electronică Ecal [7]. Ecal este un standard de transmisie. Precizia de calibrare este determinată în principal de piesele de calibrare originale. În același timp, se testează stabilitatea cablului de testare și duplicarea dispozitivului de fixare de testare. Algoritmul de interpolare a performanței și a frecvenței de testare are, de asemenea, un impact asupra acurateței testului. În general, utilizați kitul de calibrare electronică pentru a calibra suprafața de referință până la capătul cablului de testare, apoi utilizați metoda de dezintegrare pentru a compensa lungimea cablului de fixare. După cum se arată în Figura 3.

Analiza factorilor de influență ai integrității semnalului plăcii de circuite imprimate PCB

Pentru a obține pierderea de inserție a liniei de transmisie diferențială ca exemplu, comparația celor trei metode de calibrare este prezentată în Tabelul 1.

2.2 Metoda efectivă a lățimii de bandă

Lățimea de bandă efectivă (EBW) este o măsurare calitativă a pierderii liniei de transmisie α în sens strict. Nu poate furniza o valoare cantitativă a pierderii de inserție, dar oferă un parametru numit EBW. Metoda efectivă a lățimii de bandă este de a transmite un semnal pas cu un anumit timp de creștere către linia de transmisie prin TDR, de a măsura panta maximă a timpului de creștere după ce instrumentul TDR și DUT sunt conectate și de a-l determina ca factor de pierdere, în MV /s. Mai precis, ceea ce determină este un factor de pierdere totală relativă, care poate fi utilizat pentru a identifica modificările pierderii liniei de transmisie de la suprafață la suprafață sau strat la strat [8]. Deoarece panta maximă poate fi măsurată direct de la instrument, metoda lățimii de bandă efectivă este adesea folosită pentru testarea producției de masă a plăcilor cu circuite imprimate. Diagrama schematică a testului EBW este prezentată în Figura 4.

Analiza factorilor de influență ai integrității semnalului plăcii de circuite imprimate PCB

2.3 Metoda energiei pulsului rădăcină

Root ImPulse Energy (RIE) utilizează de obicei un instrument TDR pentru a obține formele de undă TDR ale liniei de pierdere de referință și ale liniei de transmisie de testare, apoi efectuează procesarea semnalului pe formele de undă TDR. Procesul de testare RIE este prezentat în Figura 5:

Analiza factorilor de influență ai integrității semnalului plăcii de circuite imprimate PCB

2.4 Metoda de propagare a impulsurilor scurte

Principiul de testare al metodei de propagare a impulsului scurt (Short Pulse Propagation, denumit SPP) este de a măsura două linii de transmisie de lungimi diferite, cum ar fi 30 mm și 100 mm, și de a extrage coeficientul de atenuare a parametrului și faza prin măsurarea diferenței dintre cele două lungimile liniilor de transmisie. Constant, așa cum se arată în Figura 6. Utilizarea acestei metode poate minimiza impactul conectorilor, cablurilor, sondelor și preciziei osciloscopului. Dacă sunt utilizate instrumente TDR de înaltă performanță și IFN (Impulse Forming Network), frecvența de testare poate fi de până la 40 GHz.

2.5 Metoda pierderii diferențiale de inserție TDR cu un singur capăt

Single-Ended TDR to Differential Insertion Loss (SET2DIL) este diferit de testul de pierdere diferenţială de inserţie folosind VNA cu 4 porturi. Această metodă utilizează un instrument TDR cu două porturi pentru a transmite răspunsul pas TDR către linia de transmisie diferenţială. Capătul liniei de transmisie diferenţială este scurtcircuitat, după cum se arată în Figura 7. Gama tipică de frecvenţă de măsurare a metodei SET2DIL este de 2 GHz ~ 12 GHz, iar precizia măsurării este afectată în principal de întârzierea inconsecventă a cablului de testare și de nepotrivirea impedanței DUT. Avantajul metodei SET2DIL este că nu este nevoie să utilizați un VNA costisitor cu 4 porturi și piesele sale de calibrare. Lungimea liniei de transmisie a piesei testate este doar jumătate din metoda VNA. Partea de calibrare are o structură simplă, iar timpul de calibrare este mult redus. Este foarte potrivit pentru fabricarea PCB-urilor. Test pe lot, așa cum se arată în Figura 8.

Analiza factorilor de influență ai integrității semnalului plăcii de circuite imprimate PCB

3 Echipamente de testare și rezultate ale testelor

Placa de testare SET2DIL, placa de testare SPP și placa de testare Multi-Line TRL au fost realizate folosind CCL cu constantă dielectrică de 3.8, pierdere dielectrică de 0.008 și folie de cupru RTF; echipamentul de testare a fost osciloscopul de eșantionare DSA8300 și analizorul de rețea vectorială E5071C; pierderea diferențială de inserție a fiecărei metode. Rezultatele testului sunt prezentate în tabelul 2.

Analiza factorilor de influență ai integrității semnalului plăcii de circuite imprimate PCB

4 Concluzie

Acest articol prezintă în principal câteva metode de măsurare a pierderii de semnal pe linia de transmisie PCB utilizate în prezent în industrie. Datorită diferitelor metode de testare utilizate, valorile măsurate ale pierderilor de inserție sunt diferite, iar rezultatele testelor nu pot fi comparate direct pe orizontală. Prin urmare, tehnologia adecvată de testare a pierderii semnalului trebuie selectată în funcție de avantajele și limitările diferitelor metode tehnice și combinată cu propriile nevoi.