Введення 1

Друкована плата Цілісність сигналу (PCB) була гарячою темою останніх років. Було багато вітчизняних дослідницьких звітів щодо аналізу факторів, що впливають на цілісність сигналу друкованої плати, але тест на втрату сигналу. Вступ до поточного стану технології зустрічається відносно рідко.

Джерелом втрати сигналу лінії передачі друкованої плати є втрати провідника та діелектричні втрати матеріалу, а також на нього впливають такі фактори, як опір мідної фольги, шорсткість мідної фольги, втрати випромінювання, невідповідність імпедансу та перехресні перешкоди. У ланцюжку поставок показники приймання виробників мідного плакованого ламінату (CCL) і виробників експрес-друкованих плат використовують діелектричну проникність і діелектричні втрати; в той час як індикатори між виробниками PCB Express і терміналами зазвичай використовують імпеданс і вносимі втрати, як показано на малюнку 1.

Аналіз факторів, що впливають на цілісність сигналу друкованої плати друкованої плати

Для розробки та використання високошвидкісних друкованих плат те, як швидко та ефективно виміряти втрати сигналу в лініях передачі друкованих плат, має велике значення для встановлення параметрів конструкції друкованої плати, налагодження моделювання та контролю виробничого процесу.

2. Поточний стан технології тестування внесених втрат друкованої плати

The PCB signal loss testing methods currently used in the industry are classified from the instruments used, and can be divided into two categories: based on the time domain or based on the frequency domain. The time domain test instrument is a Time Domain Reflectometry (TDR) or a time domain transmission meter (TImeDomain Transmission, TDT); the frequency domain test instrument is a Vector Network Analyzer (VNA). In the IPC-TM650 test specification, five test methods are recommended for PCB signal loss testing: frequency domain method, effective bandwidth method, root pulse energy method, short pulse propagation method, single-ended TDR differential insertion loss method.

2.1 Метод частотної області

Метод частотної області в основному використовує векторний аналізатор мережі для вимірювання S-параметрів лінії передачі, безпосередньо зчитує значення внесених втрат, а потім використовує відповідний нахил середніх внесених втрат у певному діапазоні частот (наприклад, 1 ГГц ~ 5 ГГц) Виміряйте відповідність/відмову плати.

Різниця в точності вимірювання методу частотної області в основному походить від методу калібрування. Відповідно до різних методів калібрування його можна розділити на електронні методи калібрування SLOT (Short-Line-Open-Thru), багаторядковий TRL (Thru-Reflect-Line) та Ecal (Електронне калібрування).

SLOT is usually regarded as a standard calibration method [5]. The calibration model has 12 error parameters. The calibration accuracy of the SLOT method is determined by the calibration parts. The high-precision calibration parts are provided by the measuring equipment manufacturers, but the calibration parts are expensive , And generally only suitable for coaxial environment, calibration is time-consuming and increases geometrically as the number of measurement terminals increases.

Метод MulTI-Line TRL в основному використовується для некоаксіального калібрувального вимірювання [6]. Відповідно до матеріалу лінії передачі, використовуваної користувачем, і частоти випробувань, калібрувальні частини TRL розроблені та виготовлені, як показано на малюнку 2. Хоча багатолінійний TRL легше спроектувати та виготовити, ніж SLOT, час калібрування Багаторядковий метод TRL також геометрично збільшується зі збільшенням кількості вимірювальних терміналів.

Аналіз факторів, що впливають на цілісність сигналу друкованої плати друкованої плати

Для вирішення проблеми трудомісткого калібрування виробники вимірювального обладнання запровадили електронний метод калібрування Ecal [7]. Ecal є стандартом передачі. Точність калібрування в основному визначається оригінальними частинами калібрування. Одночасно перевіряється стабільність випробувального кабелю та дублювання випробувального пристрою. Алгоритм інтерполяції продуктивності та частоти тестування також впливає на точність тесту. Як правило, використовуйте електронний набір для калібрування, щоб відкалібрувати еталонну поверхню до кінця випробувального кабелю, а потім використовуйте метод де-вбудовування, щоб компенсувати довжину кабелю приладу. Як показано на малюнку 3.

Аналіз факторів, що впливають на цілісність сигналу друкованої плати друкованої плати

To obtain the insertion loss of the differential transmission line as an example, the comparison of the three calibration methods is shown in Table 1.

2.2 Метод ефективної пропускної здатності

Ефективна пропускна здатність (EBW) — це якісне вимірювання втрат α в лінії передачі в строгому сенсі. Він не може надати кількісне значення внесених втрат, але надає параметр, який називається EBW. Метод ефективної пропускної здатності полягає в передачі крокового сигналу з певним часом наростання на лінію передачі через TDR, вимірюванні максимального нахилу часу наростання після підключення приладу TDR і DUT і визначення його як коефіцієнта втрат у MV /с. Точніше, він визначає відносний коефіцієнт загальних втрат, який можна використовувати для визначення змін у втратах лінії передачі від поверхні до поверхні або від шару до шару [8]. Оскільки максимальний нахил можна виміряти безпосередньо з приладу, метод ефективної пропускної здатності часто використовується для масового тестування друкованих плат. Принципова схема тесту EBW показана на малюнку 4.

Аналіз факторів, що впливають на цілісність сигналу друкованої плати друкованої плати

2.3 Root pulse energy method

Root ImPulse Energy (RIE) usually uses a TDR instrument to obtain the TDR waveforms of the reference loss line and the test transmission line, and then perform signal processing on the TDR waveforms. The RIE test process is shown in Figure 5:

Аналіз факторів, що впливають на цілісність сигналу друкованої плати друкованої плати

2.4 Short pulse propagation method

Принцип тестування методу розповсюдження короткого імпульсу (Short Pulse Propagation, званий SPP) полягає у вимірюванні двох ліній передачі різної довжини, наприклад, 30 мм і 100 мм, і отримання коефіцієнта загасання параметра і фази шляхом вимірювання різниці між двома. довжини ліній електропередачі. Постійна, як показано на малюнку 6. Використання цього методу може мінімізувати вплив роз’ємів, кабелів, щупів і точності осцилографа. Якщо використовуються високопродуктивні інструменти TDR та IFN (Мережа формування імпульсів), частота тестування може досягати 40 ГГц.

2.5 Односторонній метод диференціальних вставних втрат TDR

Односторонній TDR до диференціальних втрат на внесення (SET2DIL) відрізняється від тесту диференціальних втрат із використанням 4-портового VNA. Цей метод використовує двопортовий інструмент TDR для передачі крокової реакції TDR на диференціальну лінію передачі. Кінець диференціальної лінії передачі замикається, як показано на малюнку 7. Типовий діапазон частот вимірювання методу SET2DIL становить 2 ГГц ~ 12 ГГц, а на точність вимірювання в основному впливає непостійна затримка випробувального кабелю та невідповідність імпедансу випробовуваного пристрою. Перевага методу SET2DIL полягає в тому, що немає необхідності використовувати дорогий 4-портовий VNA та його калібрувальні частини. Довжина лінії передачі досліджуваної деталі становить лише половину від методу VNA. Калібрувальна частина має просту структуру, а час калібрування значно скорочується. Він дуже підходить для виробництва друкованих плат. Пакетний тест, як показано на малюнку 8.

Аналіз факторів, що впливають на цілісність сигналу друкованої плати друкованої плати

3 Випробувальне обладнання та результати випробувань

Випробувальна плата SET2DIL, тестова плата SPP та тестова плата Multi-Line TRL були виготовлені з використанням CCL з діелектричною проникністю 3.8, діелектричними втратами 0.008 та мідною фольгою RTF; тестовим обладнанням були вибірковий осцилограф DSA8300 та векторний аналізатор мережі E5071C; диференційні вносимі втрати кожного методу. Результати випробувань наведені в таблиці 2.

Аналіз факторів, що впливають на цілісність сигналу друкованої плати друкованої плати

Висновок 4

Ця стаття в основному представляє кілька методів вимірювання втрат сигналу лінії передачі друкованої плати, які зараз використовуються в промисловості. Через різні використовувані методи випробування виміряні значення внесених втрат відрізняються, і результати тесту неможливо порівняти безпосередньо по горизонталі. Тому відповідну технологію перевірки втрат сигналу слід вибирати відповідно до переваг та обмежень різних технічних методів та поєднувати з власними потребами.