1 Predstavitev

Tiskano vezje (PCB) je bila v zadnjih letih vroča tema. Obstaja veliko domačih raziskovalnih poročil o analizi dejavnikov, ki vplivajo na celovitost signala PCB, vendar je test izgube signala Uvod v trenutno stanje tehnologije razmeroma redek.

Vir izgube signala daljnovoda PCB je izguba prevodnika in dielektrična izguba materiala, nanjo pa vplivajo tudi dejavniki, kot so odpornost bakrene folije, hrapavost bakrene folije, izguba sevanja, neusklajenost impedance in preslušavanje. V dobavni verigi kazalniki sprejemljivosti proizvajalcev bakreno prevlečenega laminata (CCL) in proizvajalcev ekspresnih PCB uporabljajo dielektrično konstanto in dielektrične izgube; medtem ko kazalniki med proizvajalci PCB express in terminali običajno uporabljajo impedanco in vstavno izgubo, kot je prikazano na sliki 1.

Analiza vplivnih dejavnikov na integriteto signala tiskanega vezja PCB

Za načrtovanje in uporabo visokohitrostnih PCB je zelo pomembno, kako hitro in učinkovito izmeriti izgubo signala prenosnih vodov PCB za nastavitev parametrov načrtovanja PCB, odpravljanje napak pri simulaciji in nadzor proizvodnega procesa.

2. Trenutno stanje tehnologije testiranja izgube vnosa PCB

Metode testiranja izgube signala PCB, ki se trenutno uporabljajo v industriji, so razvrščene glede na uporabljene instrumente in jih lahko razdelimo v dve kategoriji: na podlagi časovne domene ali na podlagi frekvenčne domene. Instrument za testiranje časovne domene je reflektometrija časovne domene (TDR) ali merilnik prenosa časovne domene (TImeDomain Transmission, TDT); instrument za testiranje frekvenčne domene je vektorski omrežni analizator (VNA). V testni specifikaciji IPC-TM650 je za testiranje izgube signala PCB priporočeno pet preskusnih metod: metoda frekvenčne domene, metoda učinkovite pasovne širine, metoda korenske energije impulza, metoda širjenja kratkega impulza, metoda diferencialne izgube vnosa TDR z enim koncem.

2.1 Metoda frekvenčne domene

Metoda frekvenčne domene v glavnem uporablja vektorski omrežni analizator za merjenje S-parametrov prenosnega voda, neposredno odčita vrednost vnosne izgube in nato uporabi naklon povprečne vstavne izgube v določenem frekvenčnem območju (na primer 1 GHz ~ 5 GHz) Izmerite uspešnost/neuspešnost plošče.

Razlika v merilni natančnosti metode frekvenčne domene izhaja predvsem iz metode kalibracije. Glede na različne metode kalibracije ga lahko razdelimo na elektronske kalibracijske metode SLOT (Short-Line-Open-Thru), Multi-Line TRL (Thru-Reflect-Line) in Ecal (elektronska kalibracija).

SLOT se običajno obravnava kot standardna metoda kalibracije [5]. Umeritveni model ima 12 parametrov napak. Natančnost kalibracije metode SLOT je določena z deli za kalibracijo. Visokoprecizne kalibracijske dele zagotavljajo proizvajalci merilne opreme, vendar so deli za kalibracijo dragi in na splošno primerni samo za koaksialno okolje, kalibracija je zamudna in se geometrijsko povečuje, ko se število merilnih terminalov povečuje.

Metoda MulTI-Line TRL se uporablja predvsem za nekoaksialno kalibriranje [6]. Glede na material daljnovoda, ki ga uporablja uporabnik, in preskusno frekvenco so kalibracijski deli TRL zasnovani in izdelani, kot je prikazano na sliki 2. Čeprav je večlinijski TRL lažje načrtovati in izdelati kot SLOT, je čas kalibracije Metoda Multi-Line TRL se tudi geometrijsko povečuje s povečanjem števila merilnih terminalov.

Analiza vplivnih dejavnikov na integriteto signala tiskanega vezja PCB

Da bi rešili problem zamudne kalibracije, so proizvajalci merilne opreme uvedli elektronsko kalibracijsko metodo Ecal [7]. Ecal je standard prenosa. Natančnost kalibracije je v glavnem določena z originalnimi kalibracijskimi deli. Hkrati se preskuša stabilnost preskusnega kabla in podvojitev preskusne naprave. Interpolacijski algoritem delovanja in frekvenca testiranja prav tako vplivata na natančnost testa. Na splošno uporabite komplet za elektronsko umerjanje, da umerite referenčno površino do konca preskusnega kabla, nato pa uporabite metodo de-embeddinga, da izravnate dolžino kabla vpenjala. Kot je prikazano na sliki 3.

Analiza vplivnih dejavnikov na integriteto signala tiskanega vezja PCB

Da bi dobili primer izgube vnosa diferencialnega prenosnega voda, je primerjava treh metod kalibracije prikazana v tabeli 1.

2.2 Metoda učinkovite pasovne širine

Efektivna pasovna širina (EBW) je kvalitativna meritev izgube daljnovoda α v ožjem pomenu. Ne more zagotoviti kvantitativne vrednosti izgube vnosa, zagotavlja pa parameter, imenovan EBW. Metoda učinkovite pasovne širine je oddajanje koraka signala s specifičnim časom vzpona do daljnovoda prek TDR, merjenje največjega naklona časa vzpona, potem ko sta instrument TDR in DUT priključena, in ga določiti kot faktor izgube v MV /s. Natančneje, določa relativni faktor skupne izgube, ki se lahko uporabi za identifikacijo sprememb izgube daljnovoda od površine do površine ali plasti do sloja [8]. Ker je največji naklon mogoče izmeriti neposredno iz instrumenta, se metoda učinkovite pasovne širine pogosto uporablja za testiranje tiskanih vezij v množični proizvodnji. Shematski diagram testa EBW je prikazan na sliki 4.

Analiza vplivnih dejavnikov na integriteto signala tiskanega vezja PCB

2.3 Metoda energije korenskega impulza

Root Impulse Energy (RIE) običajno uporablja instrument TDR za pridobitev valovnih oblik TDR referenčne izgube linije in testnega prenosnega voda ter nato izvede obdelavo signala na valovnih oblikah TDR. Postopek testiranja RIE je prikazan na sliki 5:

Analiza vplivnih dejavnikov na integriteto signala tiskanega vezja PCB

2.4 Metoda širjenja kratkega impulza

Preskusno načelo metode širjenja kratkega impulza (Short Pulse Propagation, imenovano SPP) je merjenje dveh prenosnih vodov različnih dolžin, kot sta 30 mm in 100 mm, in ekstrakcija koeficienta slabljenja parametra in faze z merjenjem razlike med obema dolžine daljnovodov. Konstantno, kot je prikazano na sliki 6. S to metodo lahko zmanjšate vpliv konektorjev, kablov, sond in natančnost osciloskopa. Če se uporabljajo visokozmogljivi instrumenti TDR in IFN (mreža za oblikovanje impulzov), je lahko preskusna frekvenca tudi do 40 GHz.

2.5 Metoda diferencialne vstavne izgube z enim koncem TDR

Single-Ended TDR to Differential Insertion Loss (SET2DIL) se razlikuje od testa diferencialne izgube pri vstavljanju z uporabo 4-portnega VNA. Ta metoda uporablja instrument TDR z dvema priključkoma za prenos koraka TDR odziva na diferencialni prenosni vod. Konec diferencialnega prenosnega voda je skrajšan, kot je prikazano na sliki 7. Tipično merilno frekvenčno območje metode SET2DIL je 2 GHz ~ 12 GHz, na natančnost meritve pa vplivata predvsem nedosledna zakasnitev preskusnega kabla in neusklajenost impedance DUT. Prednost metode SET2DIL je, da ni treba uporabljati dragega 4-portnega VNA in njegovih delov za kalibracijo. Dolžina daljnovoda testiranega dela je le polovica metode VNA. Kalibracijski del ima preprosto strukturo in čas kalibracije je močno skrajšan. Zelo je primeren za izdelavo PCB. Preskus serije, kot je prikazano na sliki 8.

Analiza vplivnih dejavnikov na integriteto signala tiskanega vezja PCB

3 Preskusna oprema in rezultati testov

Testna plošča SET2DIL, testna plošča SPP in testna plošča Multi-Line TRL so bile izdelane z uporabo CCL z dielektrično konstanto 3.8, dielektrično izgubo 0.008 in RTF bakreno folijo; testna oprema je bila vzorčevalni osciloskop DSA8300 in vektorski omrežni analizator E5071C; diferencialna vnosna izguba za vsako metodo Rezultati preskusa so prikazani v tabeli 2.

Analiza vplivnih dejavnikov na integriteto signala tiskanega vezja PCB

Zaključek 4

Ta članek v glavnem predstavlja več metod za merjenje izgube signala prenosnega voda PCB, ki se trenutno uporabljajo v industriji. Zaradi različnih uporabljenih preskusnih metod so izmerjene vrednosti vnosne izgube različne in rezultatov testa ni mogoče neposredno primerjati horizontalno. Zato je treba ustrezno tehnologijo za testiranje izgube signala izbrati glede na prednosti in omejitve različnih tehničnih metod ter kombinirati z lastnimi potrebami.