Введение 1

Печатная плата (PCB) целостность сигналов является горячей темой в последние годы. Было опубликовано множество отчетов об исследованиях в стране, посвященных анализу факторов, влияющих на целостность сигнала печатной платы, но тест на потерю сигнала Введение в текущее состояние технологии является относительно редким.

Источником потерь сигнала в линии передачи печатной платы являются потери в проводнике и диэлектрические потери материала, а также на него влияют такие факторы, как сопротивление медной фольги, шероховатость медной фольги, радиационные потери, несоответствие импеданса и перекрестные помехи. В цепочке поставок индикаторы приемки производителей ламината с медным покрытием (CCL) и производителей печатных плат используют диэлектрическую постоянную и диэлектрические потери; в то время как индикаторы между производителями печатных плат и терминалами обычно используют импеданс и вносимые потери, как показано на рисунке 1.

Анализ влияющих факторов целостности сигнала печатной платы печатной платы

Для проектирования и использования высокоскоростных печатных плат большое значение имеет то, как быстро и эффективно измерить потери сигнала в линиях передачи печатных плат, для настройки параметров конструкции печатной платы, отладки моделирования и управления производственным процессом.

2. Текущее состояние технологии тестирования вносимых потерь печатных плат.

Методы тестирования потери сигнала на печатной плате, используемые в настоящее время в отрасли, классифицируются по используемым приборам и могут быть разделены на две категории: на основе временной области или на основе частотной области. Прибор для тестирования во временной области представляет собой рефлектометрию во временной области (TDR) или измеритель передачи во временной области (TImeDomain Transmission, TDT); прибором для тестирования частотной области является векторный анализатор цепей (ВАЦ). В спецификации тестирования IPC-TM650 рекомендуется пять методов тестирования для тестирования потерь сигнала печатной платы: метод частотной области, метод эффективной полосы пропускания, метод энергии корневого импульса, метод распространения коротких импульсов, метод несимметричных дифференциальных вносимых потерь TDR.

2.1 Метод частотной области

Метод частотной области в основном использует векторный анализатор цепей для измерения S-параметров линии передачи, непосредственно считывает значение вносимых потерь, а затем использует аппроксимирующую крутизну средних вносимых потерь в определенном частотном диапазоне (например, 1 ГГц ~ 5 ГГц) Измерьте проверку / негодность платы.

Разница в точности измерения метода частотной области в основном связана с методом калибровки. В соответствии с различными методами калибровки его можно разделить на методы электронной калибровки SLOT (Short-Line-Open-Thru), MulTI-Line TRL (Thru-Reflect-Line) и Ecal (Электронная калибровка).

SLOT обычно рассматривается как стандартный метод калибровки [5]. Калибровочная модель имеет 12 параметров ошибки. Точность калибровки метода SLOT определяется калибровочными частями. Детали для высокоточной калибровки предоставляются производителями измерительного оборудования, но детали для калибровки дороги. И, как правило, подходят только для коаксиальной среды, калибровка занимает много времени и геометрически увеличивается по мере увеличения количества измерительных клемм.

Метод MulTI-Line TRL в основном используется для некоаксиальных калибровочных измерений [6]. В зависимости от материала линии передачи, используемой пользователем, и частоты испытаний, детали для калибровки TRL проектируются и производятся, как показано на Рисунке 2. Хотя многополосный TRL легче спроектировать и изготовить, чем SLOT, время калибровки составляет Многополюсный метод TRL также геометрически увеличивается с увеличением количества измерительных терминалов.

Анализ влияющих факторов целостности сигнала печатной платы печатной платы

Чтобы решить проблему трудоемкой калибровки, производители измерительного оборудования ввели метод электронной калибровки Ecal [7]. Ecal – это стандарт трансмиссии. Точность калибровки в основном определяется оригинальными калибровочными деталями. В то же время проверяется стабильность тестового кабеля и дублирование тестового устройства. Алгоритм интерполяции производительности и частоты тестирования также влияет на точность теста. Как правило, используйте электронный калибровочный комплект для калибровки эталонной поверхности до конца испытательного кабеля, а затем используйте метод извлечения для компенсации длины кабеля приспособления. Как показано на рисунке 3.

Анализ влияющих факторов целостности сигнала печатной платы печатной платы

Чтобы получить вносимые потери в дифференциальной линии передачи в качестве примера, сравнение трех методов калибровки показано в таблице 1.

2.2 Метод эффективной полосы пропускания

Эффективная полоса пропускания (EBW) – это качественное измерение потерь в линии передачи α в строгом смысле слова. Он не может предоставить количественное значение вносимых потерь, но предоставляет параметр, называемый EBW. Метод эффективной полосы пропускания состоит в том, чтобы передать ступенчатый сигнал с определенным временем нарастания в линию передачи через TDR, измерить максимальный наклон времени нарастания после подключения прибора TDR и DUT и определить его как коэффициент потерь в МВ. / с. Точнее, он определяет относительный коэффициент общих потерь, который можно использовать для определения изменений потерь в линии передачи от поверхности к поверхности или от слоя к слою [8]. Поскольку максимальный наклон можно измерить непосредственно с прибора, метод эффективной полосы пропускания часто используется для массового тестирования печатных плат. Принципиальная схема теста EBW показана на рисунке 4.

Анализ влияющих факторов целостности сигнала печатной платы печатной платы

2.3 Энергетический метод корневого импульса

Root ImPulse Energy (RIE) обычно использует инструмент TDR для получения форм сигналов TDR эталонной линии потерь и тестовой линии передачи, а затем выполняет обработку сигналов на формах сигналов TDR. Процесс тестирования RIE показан на рисунке 5:

Анализ влияющих факторов целостности сигнала печатной платы печатной платы

2.4 Метод распространения коротких импульсов

Принцип испытания метода распространения коротких импульсов (распространение коротких импульсов, называемый SPP) заключается в измерении двух линий передачи разной длины, например, 30 мм и 100 мм, и извлечении параметра коэффициента затухания и фазы путем измерения разницы между двумя линиями. длины линий передачи. Постоянно, как показано на рисунке 6. Использование этого метода может минимизировать влияние разъемов, кабелей, пробников и точность осциллографа. Если используются высокопроизводительные приборы TDR и IFN (сеть формирования импульсов), частота тестирования может достигать 40 ГГц.

2.5 Несимметричный метод вносимых дифференциальных потерь TDR

Односторонний TDR для дифференциальных вносимых потерь (SET2DIL) отличается от теста дифференциальных вносимых потерь с использованием 4-портового векторного анализатора цепей. В этом методе используется двухпортовый прибор TDR для передачи ступенчатой ​​характеристики TDR на дифференциальную линию передачи. Конец линии дифференциальной передачи закорочен, как показано на рисунке 7. Типичный диапазон частот измерения метода SET2DIL составляет 2 ГГц ~ 12 ГГц, и на точность измерения в основном влияют несовместимая задержка тестового кабеля и несоответствие импеданса тестируемого устройства. Преимущество метода SET2DIL заключается в том, что нет необходимости использовать дорогостоящий 4-портовый векторный анализатор цепей и его калибровочные компоненты. Длина линии передачи тестируемой детали составляет лишь половину от метода ВАЦ. Калибровочная часть имеет простую структуру, и время калибровки значительно сокращается. Он очень подходит для изготовления печатных плат. Пакетный тест, как показано на рисунке 8.

Анализ влияющих факторов целостности сигнала печатной платы печатной платы

3 Испытательное оборудование и результаты испытаний

Тестовая плата SET2DIL, тестовая плата SPP и тестовая плата Multi-Line TRL были изготовлены с использованием CCL с диэлектрической проницаемостью 3.8, диэлектрическими потерями 0.008 и медной фольгой RTF; испытательное оборудование – стробоскопический осциллограф DSA8300 и векторный анализатор цепей E5071C; дифференциальные вносимые потери для каждого метода Результаты испытаний показаны в таблице 2.

Анализ влияющих факторов целостности сигнала печатной платы печатной платы

Заключение 4

В этой статье в основном представлены несколько методов измерения потерь сигнала в линиях передачи на печатных платах, которые в настоящее время используются в отрасли. Из-за различных используемых методов испытаний измеренные значения вносимых потерь отличаются, и результаты испытаний нельзя напрямую сравнивать по горизонтали. Следовательно, соответствующая технология тестирования потерь сигнала должна выбираться в соответствии с преимуществами и ограничениями различных технических методов и сочетаться с их собственными потребностями.