1 Inledning

Kretskort (PCB) signalintegritet har varit ett hett ämne de senaste åren. Det har varit många inhemska forskningsrapporter om analys av faktorer som påverkar PCB-signalintegriteten, men signalförlusttestet Introduktion till teknikens nuvarande tillstånd är relativt sällsynt.

Källan till PCB-överföringsledningssignalförlusten är ledarförlusten och dielektrisk förlust av materialet, och den påverkas också av faktorer som kopparfolieresistans, kopparfolieråhet, strålningsförlust, impedansmissanpassning och överhörning. I försörjningskedjan använder acceptansindikatorerna för tillverkare av kopparbeklädd laminat (CCL) och PCB-expresstillverkare dielektrisk konstant och dielektrisk förlust; medan indikatorerna mellan PCB Express-tillverkare och terminaler vanligtvis använder impedans och insättningsförlust, som visas i figur 1.

Analys av påverkande faktorer för signalintegritet för PCB-kretskort

För höghastighets-PCB-design och användning är hur man snabbt och effektivt mäter signalförlusten för PCB-överföringsledningar av stor betydelse för inställningen av PCB-designparametrar, simuleringsfelsökning och kontroll av produktionsprocessen.

2. Aktuell status för testteknik för PCB-insättningsförlust

De testmetoder för PCB-signalförlust som för närvarande används i branschen klassificeras från de instrument som används och kan delas in i två kategorier: baserat på tidsdomänen eller baserat på frekvensdomänen. Tidsdomäntestinstrumentet är en Time Domain Reflectometry (TDR) eller en tidsdomänöverföringsmätare (TImeDomain Transmission, TDT); frekvensdomäntestinstrumentet är en Vector Network Analyzer (VNA). I IPC-TM650-testspecifikationen rekommenderas fem testmetoder för testning av PCB-signalförluster: frekvensdomänmetod, effektiv bandbreddsmetod, rotpulsenergimetod, metod för kort pulsutbredning, enkeländad TDR differentiell infogningsförlustmetod.

2.1 Frekvensdomänmetod

Frekvensdomänmetoden använder huvudsakligen en vektornätverksanalysator för att mäta överföringsledningens S-parametrar, läser direkt insättningsförlustvärdet och använder sedan passningslutningen för den genomsnittliga insättningsförlusten i ett specifikt frekvensområde (som 1 GHz ~ 5 GHz) Mät kortets godkänd/underkänd.

Skillnaden i mätnoggrannhet för frekvensdomänmetoden kommer främst från kalibreringsmetoden. Enligt de olika kalibreringsmetoderna kan den delas in i SLOT (Short-Line-Open-Thru), Multi-Line TRL (Thru-Reflect-Line) och Ecal (Electronic calibraTIon) elektroniska kalibreringsmetoder.

SLOT betraktas vanligtvis som en standardkalibreringsmetod [5]. Kalibreringsmodellen har 12 felparametrar. Kalibreringsnoggrannheten för SLOT-metoden bestäms av kalibreringsdelarna. Kalibreringsdelarna med hög precision tillhandahålls av tillverkarna av mätutrustning, men kalibreringsdelarna är dyra och i allmänhet endast lämpliga för koaxial miljö, kalibrering är tidskrävande och ökar geometriskt när antalet mätterminaler ökar.

Multi-Line TRL-metoden används främst för icke-koaxial kalibreringsmätning [6]. Beroende på materialet på transmissionsledningen som används av användaren och testfrekvensen är TRL-kalibreringsdelarna designade och tillverkade, som visas i figur 2. Även om Multi-Line TRL är lättare att designa och tillverka än SLOT, är kalibreringstiden för Multi-Line TRL-metoden ökar också geometriskt med ökningen av antalet mätterminaler.

Analys av påverkande faktorer för signalintegritet för PCB-kretskort

För att lösa problemet med tidskrävande kalibrering har tillverkare av mätutrustning infört den elektroniska kalibreringsmetoden Ecal [7]. Ecal är en transmissionsstandard. Kalibreringsnoggrannheten bestäms huvudsakligen av de ursprungliga kalibreringsdelarna. Samtidigt testas stabiliteten hos testkabeln och dupliceringen av testfixturanordningen. Interpolationsalgoritmen för prestanda och testfrekvens har också en inverkan på testnoggrannheten. Använd i allmänhet den elektroniska kalibreringssatsen för att kalibrera referensytan till änden av testkabeln, och använd sedan avinbäddningsmetoden för att kompensera fixturens kabellängd. Som visas i figur 3.

Analys av påverkande faktorer för signalintegritet för PCB-kretskort

För att erhålla insättningsförlusten för differentialöverföringsledningen som ett exempel, visas jämförelsen av de tre kalibreringsmetoderna i tabell 1.

2.2 Effektiv bandbreddsmetod

Effektiv bandbredd (EBW) är ett kvalitativt mått på överföringsledningsförlusten α i strikt mening. Den kan inte ge ett kvantitativt värde för insättningsförlust, men den tillhandahåller en parameter som kallas EBW. Den effektiva bandbreddsmetoden är att sända en stegsignal med en specifik stigtid till transmissionsledningen genom TDR, mäta den maximala lutningen för stigtiden efter att TDR-instrumentet och DUT har anslutits, och bestämma den som förlustfaktor, i MV /s. Mer exakt, vad den bestämmer är en relativ total förlustfaktor, som kan användas för att identifiera förändringarna i transmissionsledningsförlusten från yta till yta eller lager till lager [8]. Eftersom den maximala lutningen kan mätas direkt från instrumentet används ofta den effektiva bandbreddsmetoden för massproduktionstestning av kretskort. Det schematiska diagrammet för EBW-testet visas i figur 4.

Analys av påverkande faktorer för signalintegritet för PCB-kretskort

2.3 Rotpulsenergimetod

Root ImPulse Energy (RIE) använder vanligtvis ett TDR-instrument för att erhålla TDR-vågformerna för referensförlustlinjen och testöverföringslinjen, och sedan utföra signalbehandling på TDR-vågformerna. RIE-testprocessen visas i figur 5:

Analys av påverkande faktorer för signalintegritet för PCB-kretskort

2.4 Metod för utbredning av kort puls

Testprincipen för kortpulsutbredning (Short Pulse Propagation, kallad SPP) är att mäta två transmissionsledningar av olika längd, såsom 30 mm och 100 mm, och extrahera parameterns dämpningskoefficient och fas genom att mäta skillnaden mellan de två transmissionsledningslängder. Konstant, som visas i figur 6. Användning av denna metod kan minimera påverkan av kontakter, kablar, sonder och oscilloskopets noggrannhet. Om högpresterande TDR-instrument och IFN (Impulse Forming Network) används kan testfrekvensen vara så hög som 40 GHz.

2.5 Single-end TDR differentiell insättningsförlustmetod

Single-Ended TDR till Differential Insertion Loss (SET2DIL) skiljer sig från testet för differentiell insättningsförlust med 4-portars VNA. Denna metod använder ett tvåports TDR-instrument för att överföra TDR-stegsvaret till differentialöverföringslinjen. Änden av differentialöverföringslinjen är kortsluten, som visas i figur 7. Det typiska mätfrekvensområdet för SET2DIL-metoden är 2 GHz ~ 12 GHz, och mätnoggrannheten påverkas främst av den inkonsekventa fördröjningen av testkabeln och impedansmissanpassningen hos DUT. Fördelen med SET2DIL-metoden är att det inte finns något behov av att använda en dyr 4-ports VNA och dess kalibreringsdelar. Längden på transmissionsledningen för den testade delen är bara hälften av VNA-metoden. Kalibreringsdelen har en enkel struktur och kalibreringstiden reduceras kraftigt. Den är mycket lämplig för PCB-tillverkning. Batchtest, som visas i figur 8.

Analys av påverkande faktorer för signalintegritet för PCB-kretskort

3 Testutrustning och testresultat

SET2DIL testkort, SPP testkort och Multi-Line TRL testkort gjordes med CCL med dielektricitetskonstant på 3.8, dielektrisk förlust på 0.008 och RTF kopparfolie; testutrustning var DSA8300 provtagningsoscilloskop och E5071C vektornätverksanalysator; differentiell insättningsförlust för varje metod Testresultaten visas i tabell 2.

Analys av påverkande faktorer för signalintegritet för PCB-kretskort

4 Slutsats

Den här artikeln introducerar huvudsakligen flera mätmetoder för mätning av PCB-transmissionslinjesignalförluster som för närvarande används i branschen. På grund av de olika testmetoderna som används är de uppmätta insättningsförlustvärdena olika, och testresultaten kan inte direkt jämföras horisontellt. Därför bör lämplig signalförlusttestteknik väljas i enlighet med fördelarna och begränsningarna med olika tekniska metoder, och kombineras med deras egna behov.