1 Úvod

Doska plošných spojov Integrita signálu (PCB) je v posledných rokoch horúcou témou. Existuje mnoho domácich výskumných správ o analýze faktorov ovplyvňujúcich integritu signálu PCB, ale test straty signálu Úvod do súčasného stavu technológie je pomerne zriedkavý.

Zdrojom straty signálu prenosovej linky PCB je strata vodiča a dielektrická strata materiálu a je ovplyvnená aj faktormi, ako je odpor medenej fólie, drsnosť medenej fólie, strata žiarenia, nesúlad impedancie a presluchy. V dodávateľskom reťazci používajú indikátory akceptácie výrobcov laminátov pokrytých meďou (CCL) a expresných výrobcov PCB dielektrickú konštantu a dielektrickú stratu; zatiaľ čo indikátory medzi výrobcami DPS a terminálmi zvyčajne používajú impedanciu a vložný úbytok, ako je znázornené na obrázku 1.

Analýza faktorov ovplyvňujúcich integritu signálu dosky plošných spojov PCB

Pre návrh a použitie vysokorýchlostnej dosky plošných spojov je veľmi dôležité, ako rýchlo a efektívne merať stratu signálu prenosových liniek plošných spojov, pre nastavenie parametrov návrhu dosky plošných spojov, simulačné ladenie a riadenie výrobného procesu.

2. Aktuálny stav technológie testovania plošného spoja

Metódy testovania straty signálu PCB, ktoré sa v súčasnosti používajú v priemysle, sú klasifikované podľa používaných nástrojov a možno ich rozdeliť do dvoch kategórií: na základe časovej domény alebo na základe frekvenčnej domény. Testovacím prístrojom v časovej doméne je reflektometria v časovej doméne (TDR) alebo merač prenosu v časovej doméne (TImeDomain Transmission, TDT); testovacím prístrojom vo frekvenčnej oblasti je vektorový sieťový analyzátor (VNA). V špecifikácii testu IPC-TM650 sa odporúča päť testovacích metód na testovanie straty signálu PCB: metóda vo frekvenčnej doméne, metóda efektívnej šírky pásma, metóda koreňovej pulzovej energie, metóda šírenia krátkeho pulzu, metóda jednokoncového TDR rozdielového vložného útlmu.

2.1 Metóda frekvenčnej oblasti

Metóda frekvenčnej domény využíva hlavne vektorový sieťový analyzátor na meranie S-parametrov prenosovej linky, priamo číta hodnotu vložného útlmu a potom používa prispôsobený sklon priemerného vložného útlmu v špecifickom frekvenčnom rozsahu (napríklad 1 GHz ~ 5 GHz) Zmerajte vyhovenie/zlyhanie dosky.

Rozdiel v presnosti merania metódy frekvenčnej oblasti pochádza hlavne z metódy kalibrácie. Podľa rôznych metód kalibrácie sa dá rozdeliť na elektronické kalibračné metódy SLOT (Short-Line-Open-Thru), MulTI-Line TRL (Thru-Reflect-Line) a Ecal (Elektronická kalibrácia).

SLOT sa zvyčajne považuje za štandardnú kalibračnú metódu [5]. Kalibračný model má 12 chybových parametrov. Presnosť kalibrácie metódy SLOT je určená kalibračnými časťami. Vysoko presné kalibračné časti poskytujú výrobcovia meracích zariadení, ale kalibračné časti sú drahé, a vo všeobecnosti sú vhodné len pre koaxiálne prostredie, kalibrácia je časovo náročná a geometricky sa zvyšuje so zvyšujúcim sa počtom meracích terminálov.

Metóda MulTI-Line TRL sa používa najmä na nekoaxiálne kalibračné meranie [6]. Podľa materiálu prenosového vedenia používaného používateľom a testovacej frekvencie sú kalibračné diely TRL navrhnuté a vyrobené, ako je znázornené na obrázku 2. Hoci je konštrukcia a výroba Multi-Line TRL jednoduchšia ako SLOT, čas kalibrácie Metóda Multi-Line TRL tiež geometricky rastie so zvyšujúcim sa počtom meracích svoriek.

Analýza faktorov ovplyvňujúcich integritu signálu dosky plošných spojov PCB

Aby sa vyriešil problém časovo náročnej kalibrácie, výrobcovia meracích zariadení zaviedli elektronickú kalibračnú metódu Ecal [7]. Ecal je štandard prevodovky. Presnosť kalibrácie je určená hlavne originálnymi kalibračnými dielmi. Súčasne sa testuje stabilita testovacieho kábla a duplikácia testovacieho prípravku. Interpolačný algoritmus výkonu a testovacej frekvencie má tiež vplyv na presnosť testu. Vo všeobecnosti použite elektronickú kalibračnú súpravu na kalibráciu referenčného povrchu ku koncu testovacieho kábla a potom použite metódu odstraňovania zapustenia na kompenzáciu dĺžky kábla zariadenia. Ako je znázornené na obrázku 3.

Analýza faktorov ovplyvňujúcich integritu signálu dosky plošných spojov PCB

Na získanie vložného útlmu diferenciálneho prenosového vedenia ako príkladu je porovnanie troch metód kalibrácie uvedené v tabuľke 1.

2.2 Metóda efektívnej šírky pásma

Efektívna šírka pásma (EBW) je kvalitatívne meranie straty prenosovej linky α v užšom zmysle. Nemôže poskytnúť kvantitatívnu hodnotu vložného útlmu, ale poskytuje parameter nazývaný EBW. Efektívna metóda šírky pásma je prenášať skokový signál so špecifickým časom nábehu do prenosovej linky cez TDR, merať maximálny sklon času nábehu po pripojení prístroja TDR a DUT a určiť ho ako stratový faktor v MV. /s Presnejšie, to, čo určuje, je relatívny celkový stratový faktor, ktorý možno použiť na identifikáciu zmien straty prenosového vedenia z povrchu na povrch alebo z vrstvy na vrstvu [8]. Keďže maximálny sklon možno merať priamo z prístroja, metóda efektívnej šírky pásma sa často používa na testovanie hromadnej výroby dosiek plošných spojov. Schematický diagram testu EBW je znázornený na obrázku 4.

Analýza faktorov ovplyvňujúcich integritu signálu dosky plošných spojov PCB

2.3 Metóda koreňovej pulzovej energie

Root ImPulse Energy (RIE) zvyčajne používa prístroj TDR na získanie kriviek TDR referenčnej stratovej linky a testovacej prenosovej linky a potom vykoná spracovanie signálu na krivkách TDR. Proces testu RIE je znázornený na obrázku 5:

Analýza faktorov ovplyvňujúcich integritu signálu dosky plošných spojov PCB

2.4 Metóda šírenia krátkeho impulzu

Metóda testu šírenia krátkych impulzov (Short Pulse Propagation, označovaná ako SPP) spočíva v meraní dvoch prenosových vedení rôznych dĺžok, ako napríklad 30 mm a 100 mm, a extrakcii koeficientu útlmu parametra a fázy meraním rozdielu medzi týmito dvoma. dĺžky prenosového vedenia. Konštantná, ako je znázornené na obrázku 6. Použitím tejto metódy môžete minimalizovať vplyv konektorov, káblov, sond a presnosti osciloskopu. Ak sa použijú vysokovýkonné prístroje TDR a IFN (Impulse Forming Network), testovacia frekvencia môže dosahovať až 40 GHz.

2.5 Jednostranná diferenciálna vložná stratová metóda TDR

Single-ended TDR to Differential Insertion Loss (SET2DIL) sa líši od diferenciálneho testu insertion loss pomocou 4-portového VNA. Táto metóda využíva dvojportový prístroj TDR na prenos skokovej odozvy TDR do diferenciálneho prenosového vedenia , Koniec diferenciálneho prenosového vedenia je skratovaný, ako je znázornené na obrázku 7. Typický frekvenčný rozsah merania metódy SET2DIL je 2 GHz ~ 12 GHz a presnosť merania je ovplyvnená hlavne nekonzistentným oneskorením testovacieho kábla a nesúladom impedancie DUT. Výhodou metódy SET2DIL je, že nie je potrebné používať drahé 4-portové VNA a jeho kalibračné časti. Dĺžka prenosového vedenia testovanej časti je len polovica metódy VNA. Kalibračná časť má jednoduchú štruktúru a čas kalibrácie je značne skrátený. Je veľmi vhodný na výrobu DPS. Dávkový test, ako je znázornené na obrázku 8.

Analýza faktorov ovplyvňujúcich integritu signálu dosky plošných spojov PCB

3 Testovacie zariadenie a výsledky testov

Testovacia doska SET2DIL, testovacia doska SPP a testovacia doska Multi-Line TRL boli vyrobené s použitím CCL s dielektrickou konštantou 3.8, dielektrickou stratou 0.008 a medenou fóliou RTF; testovacím zariadením bol vzorkovací osciloskop DSA8300 a vektorový sieťový analyzátor E5071C; diferenciálny útlm vloženia každej metódy Výsledky testu sú uvedené v tabuľke 2.

Analýza faktorov ovplyvňujúcich integritu signálu dosky plošných spojov PCB

Záver 4

Tento článok predovšetkým predstavuje niekoľko metód merania straty signálu prenosovej linky PCB, ktoré sa v súčasnosti používajú v priemysle. V dôsledku rôznych použitých testovacích metód sú namerané hodnoty vložného útlmu odlišné a výsledky testov nemožno priamo horizontálne porovnávať. Preto by sa mala vhodná technológia testovania straty signálu vyberať podľa výhod a obmedzení rôznych technických metód a mala by sa kombinovať s ich vlastnými potrebami.