1 Giriş

Baskılı devre kartı (PCB) sinyal bütünlüğü son yıllarda sıcak bir konu olmuştur. PCB sinyal bütünlüğünü etkileyen faktörlerin analizi ile ilgili birçok yerli araştırma raporu bulunmaktadır, ancak sinyal kaybı testi Teknolojinin mevcut durumuna giriş nispeten nadirdir.

PCB iletim hattı sinyal kaybının kaynağı, malzemenin iletken kaybı ve dielektrik kaybıdır ve ayrıca bakır folyo direnci, bakır folyo pürüzlülüğü, radyasyon kaybı, empedans uyumsuzluğu ve karışma gibi faktörlerden de etkilenir. Tedarik zincirinde, bakır kaplı laminat (CCL) üreticilerinin ve PCB ekspres üreticilerinin kabul göstergeleri, dielektrik sabiti ve dielektrik kaybı kullanır; PCB ekspres üreticileri ve terminaller arasındaki göstergeler genellikle Şekil 1’de gösterildiği gibi empedans ve ekleme kaybı kullanır.

PCB Baskılı Devre Kartının Sinyal Bütünlüğünü Etkileyen Faktörlerin Analizi

Yüksek hızlı PCB tasarımı ve kullanımı için, PCB iletim hatlarının sinyal kaybının nasıl hızlı ve etkili bir şekilde ölçüleceği, PCB tasarım parametrelerinin ayarlanması, simülasyon hata ayıklaması ve üretim sürecinin kontrolü için büyük önem taşımaktadır.

2. PCB ekleme kaybı test teknolojisinin mevcut durumu

Şu anda endüstride kullanılan PCB sinyal kaybı test yöntemleri, kullanılan cihazlardan sınıflandırılır ve iki kategoriye ayrılabilir: zaman alanına göre veya frekans alanına göre. Zaman alanı test aracı, bir Zaman Alanı Yansıma Ölçümü (TDR) veya bir zaman alanı aktarım ölçerdir (TImeDomain İletim, TDT); frekans alanı test aracı bir Vektör Ağ Çözümleyicisidir (VNA). IPC-TM650 test spesifikasyonunda, PCB sinyal kaybı testi için beş test yöntemi önerilir: frekans alanı yöntemi, etkin bant genişliği yöntemi, kök darbe enerji yöntemi, kısa darbe yayılım yöntemi, tek uçlu TDR diferansiyel ekleme kaybı yöntemi.

2.1 Frekans alanı yöntemi

Frekans Alanı Yöntemi, iletim hattının S parametrelerini ölçmek için esas olarak bir vektör ağ analizörü kullanır, doğrudan ekleme kaybı değerini okur ve ardından belirli bir frekans aralığında (1 GHz ~ gibi) ortalama ekleme kaybının uydurma eğimini kullanır. 5 GHz) Kartın başarılı/başarısız olduğunu ölçün.

Frekans alanı yönteminin ölçüm doğruluğundaki fark, esas olarak kalibrasyon yönteminden kaynaklanmaktadır. Farklı kalibrasyon yöntemlerine göre SLOT (Short-Line-Open-Thru), Multi-Line TRL (Thru-Reflect-Line) ve Ecal (Elektronik kalibrasyon) elektronik kalibrasyon yöntemlerine ayrılabilir.

SLOT genellikle standart bir kalibrasyon yöntemi olarak kabul edilir [5]. Kalibrasyon modeli 12 hata parametresine sahiptir. SLOT yönteminin kalibrasyon doğruluğu, kalibrasyon parçaları tarafından belirlenir. Yüksek hassasiyetli kalibrasyon parçaları, ölçüm ekipmanı üreticileri tarafından sağlanır, ancak kalibrasyon parçaları pahalıdır ve genellikle yalnızca koaksiyel ortam için uygundur, kalibrasyon zaman alıcıdır ve ölçüm terminallerinin sayısı arttıkça geometrik olarak artar.

MulTI-Line TRL yöntemi esas olarak koaksiyel olmayan kalibrasyon ölçümü için kullanılır [6]. Kullanıcı tarafından kullanılan iletim hattının malzemesine ve test frekansına göre, TRL kalibrasyon parçaları Şekil 2’de gösterildiği gibi tasarlanır ve üretilir. Multi-Line TRL’nin tasarımı ve üretimi SLOT’a göre daha kolay olmasına rağmen, kalibrasyon süresi Multi-Line TRL yöntemi de ölçüm terminallerinin sayısı arttıkça geometrik olarak artmaktadır.

PCB Baskılı Devre Kartının Sinyal Bütünlüğünü Etkileyen Faktörlerin Analizi

Zaman alıcı kalibrasyon sorununu çözmek için, ölçüm ekipmanı üreticileri Ecal elektronik kalibrasyon yöntemini tanıttı [7]. Ecal bir şanzıman standardıdır. Kalibrasyon doğruluğu esas olarak orijinal kalibrasyon parçaları tarafından belirlenir. Aynı zamanda test kablosunun stabilitesi ve test fikstür cihazının kopyalanması test edilir. Performansın enterpolasyon algoritması ve test frekansı da test doğruluğu üzerinde bir etkiye sahiptir. Genel olarak, referans yüzeyini test kablosunun ucuna kalibre etmek için elektronik kalibrasyon kitini kullanın ve ardından fikstürün kablo uzunluğunu telafi etmek için gömme yöntemini kullanın. Şekil 3’te gösterildiği gibi.

PCB Baskılı Devre Kartının Sinyal Bütünlüğünü Etkileyen Faktörlerin Analizi

Örnek olarak diferansiyel iletim hattının ekleme kaybını elde etmek için, üç kalibrasyon yönteminin karşılaştırması Tablo 1’de gösterilmiştir.

2.2 Etkili bant genişliği yöntemi

Etkili Bant Genişliği (EBW), tam anlamıyla iletim hattı kaybının α nitel bir ölçümüdür. Ekleme kaybının nicel bir değerini sağlayamaz, ancak EBW adlı bir parametre sağlar. Etkin bant genişliği yöntemi, TDR üzerinden iletim hattına belirli bir yükselme süresine sahip bir adım sinyali iletmek, TDR cihazı ve DUT bağlandıktan sonra yükselme süresinin maksimum eğimini ölçmek ve MV’de kayıp faktörü olarak belirlemektir. /s. Daha kesin olarak, belirlediği şey, iletim hattı kaybındaki yüzeyden yüzeye veya katmandan katmana değişiklikleri tanımlamak için kullanılabilen nispi bir toplam kayıp faktörüdür [8]. Maksimum eğim doğrudan cihazdan ölçülebildiğinden, etkin bant genişliği yöntemi genellikle baskılı devre kartlarının seri üretim testi için kullanılır. EBW testinin şematik diyagramı Şekil 4’te gösterilmiştir.

PCB Baskılı Devre Kartının Sinyal Bütünlüğünü Etkileyen Faktörlerin Analizi

2.3 Kök darbe enerji yöntemi

Root ImPulse Energy (RIE), referans kayıp hattının ve test iletim hattının TDR dalga biçimlerini elde etmek için genellikle bir TDR aleti kullanır ve ardından TDR dalga biçimleri üzerinde sinyal işlemeyi gerçekleştirir. RIE test süreci Şekil 5’te gösterilmektedir:

PCB Baskılı Devre Kartının Sinyal Bütünlüğünü Etkileyen Faktörlerin Analizi

2.4 Kısa darbe yayılım yöntemi

Kısa darbe yayılım yöntemi (SPP olarak anılan Kısa Darbe Yayılımı) test prensibi, 30 mm ve 100 mm gibi farklı uzunluklardaki iki iletim hattını ölçmek ve ikisi arasındaki farkı ölçerek parametre zayıflama katsayısını ve fazını çıkarmaktır. iletim hattı uzunlukları. Sabit, Şekil 6’da gösterildiği gibi. Bu yöntemin kullanılması konektörlerin, kabloların, probların ve osiloskop doğruluğunun etkisini en aza indirebilir. Yüksek performanslı TDR cihazları ve IFN (Impulse Forming Network) kullanılıyorsa, test frekansı 40 GHz’e kadar çıkabilir.

2.5 Tek uçlu TDR diferansiyel ekleme kaybı yöntemi

Tek Uçlu TDR’den Diferansiyel Ekleme Kaybına (SET2DIL), 4 bağlantı noktalı VNA kullanan diferansiyel ekleme kaybı testinden farklıdır. Bu yöntem, TDR adım yanıtını diferansiyel iletim hattına iletmek için iki portlu bir TDR cihazı kullanır. Diferansiyel iletim hattının sonu, Şekil 7’de gösterildiği gibi kısa devre yapar. SET2DIL yönteminin tipik ölçüm frekans aralığı 2 GHz ~ dir. 12 GHz ve ölçüm doğruluğu, esas olarak test kablosunun tutarsız gecikmesinden ve DUT’nin empedans uyumsuzluğundan etkilenir. SET2DIL yönteminin avantajı, pahalı bir 4 portlu VNA ve kalibrasyon parçalarının kullanılmasına gerek olmamasıdır. Test edilen parçanın iletim hattının uzunluğu, VNA yönteminin sadece yarısıdır. Kalibrasyon kısmı basit bir yapıya sahiptir ve kalibrasyon süresi büyük ölçüde azaltılmıştır. PCB üretimi için çok uygundur. Şekil 8’de gösterildiği gibi toplu test.

PCB Baskılı Devre Kartının Sinyal Bütünlüğünü Etkileyen Faktörlerin Analizi

3 Test ekipmanı ve test sonuçları

SET2DIL test panosu, SPP test panosu ve Çok Hatlı TRL test panosu, dielektrik sabiti 3.8, dielektrik kaybı 0.008 olan CCL ve RTF bakır folyo kullanılarak yapılmıştır; test ekipmanı DSA8300 örnekleme osiloskopu ve E5071C vektör ağ analizörüydü; her yöntemin diferansiyel ekleme kaybı Test sonuçları Tablo 2’de gösterilmektedir.

PCB Baskılı Devre Kartının Sinyal Bütünlüğünü Etkileyen Faktörlerin Analizi

4 Sonuç

Bu makale, esas olarak, endüstride şu anda kullanılan birkaç PCB iletim hattı sinyal kaybı ölçüm yöntemini tanıtmaktadır. Kullanılan farklı test yöntemleri nedeniyle ölçülen ekleme kaybı değerleri farklıdır ve test sonuçları doğrudan yatay olarak karşılaştırılamaz. Bu nedenle, çeşitli teknik yöntemlerin avantaj ve sınırlamalarına göre uygun sinyal kaybı test teknolojisi seçilmeli ve kendi ihtiyaçları ile birleştirilmelidir.