1 تعارف

چھپی سرکٹ بورڈ (PCB) سگنل کی سالمیت حالیہ برسوں میں ایک گرما گرم موضوع رہا ہے۔ پی سی بی سگنل کی سالمیت کو متاثر کرنے والے عوامل کے تجزیے کے بارے میں بہت سی گھریلو تحقیقی رپورٹس سامنے آئی ہیں، لیکن سگنل نقصان ٹیسٹ ٹیکنالوجی کی موجودہ حالت کا تعارف نسبتاً کم ہے۔

پی سی بی ٹرانسمیشن لائن سگنل کے نقصان کا ذریعہ مواد کا کنڈکٹر کا نقصان اور ڈائی الیکٹرک نقصان ہے، اور یہ تانبے کے ورق کے خلاف مزاحمت، تانبے کے ورق کی کھردری، تابکاری کا نقصان، مائبادی کی عدم مطابقت، اور کراس اسٹالک جیسے عوامل سے بھی متاثر ہوتا ہے۔ سپلائی چین میں، کاپر کلڈ لیمینیٹ (CCL) مینوفیکچررز اور PCB ایکسپریس مینوفیکچررز کے قبولیت کے اشارے ڈائی الیکٹرک مستقل اور ڈائی الیکٹرک نقصان کا استعمال کرتے ہیں۔ جبکہ پی سی بی ایکسپریس مینوفیکچررز اور ٹرمینلز کے درمیان اشارے عام طور پر مائبادا اور اندراج نقصان کا استعمال کرتے ہیں، جیسا کہ شکل 1 میں دکھایا گیا ہے۔

پی سی بی پرنٹڈ سرکٹ بورڈ کے سگنل کی سالمیت پر اثر انداز ہونے والے عوامل کا تجزیہ

تیز رفتار پی سی بی ڈیزائن اور استعمال کے لیے، پی سی بی ٹرانسمیشن لائنوں کے سگنل کے نقصان کو تیزی سے اور مؤثر طریقے سے کیسے ماپنا ہے، پی سی بی کے ڈیزائن کے پیرامیٹرز کی ترتیب، نقلی ڈیبگنگ، اور پروڈکشن کے عمل کو کنٹرول کرنے کے لیے بہت اہمیت رکھتا ہے۔

2. پی سی بی اندراج نقصان ٹیسٹنگ ٹیکنالوجی کی موجودہ حیثیت

اس وقت صنعت میں استعمال ہونے والے PCB سگنل نقصان کی جانچ کے طریقوں کو استعمال شدہ آلات سے درجہ بندی کیا گیا ہے، اور انہیں دو زمروں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: ٹائم ڈومین کی بنیاد پر یا فریکوئنسی ڈومین کی بنیاد پر۔ ٹائم ڈومین ٹیسٹ کا آلہ ٹائم ڈومین ریفلیکٹومیٹری (TDR) یا ٹائم ڈومین ٹرانسمیشن میٹر (TImeDomain Transmission, TDT) ہے؛ فریکوئنسی ڈومین ٹیسٹ کا آلہ ویکٹر نیٹ ورک اینالائزر (VNA) ہے۔ IPC-TM650 ٹیسٹ تصریح میں، PCB سگنل نقصان کی جانچ کے لیے پانچ ٹیسٹ طریقوں کی سفارش کی گئی ہے: فریکوئنسی ڈومین طریقہ، موثر بینڈوتھ طریقہ، روٹ پلس انرجی طریقہ، شارٹ پلس پروپیگیشن کا طریقہ، سنگل اینڈڈ TDR ڈیفرینشل انسرشن نقصان کا طریقہ۔

2.1 فریکوئنسی ڈومین کا طریقہ

فریکوئنسی ڈومین طریقہ بنیادی طور پر ٹرانسمیشن لائن کے S-پیرامیٹر کی پیمائش کرنے کے لیے ویکٹر نیٹ ورک تجزیہ کار کا استعمال کرتا ہے، اندراج کے نقصان کی قدر کو براہ راست پڑھتا ہے، اور پھر ایک مخصوص فریکوئنسی رینج میں اوسط اندراج نقصان کی فٹنگ ڈھلوان کا استعمال کرتا ہے (جیسے 1 GHz ~ 5 GHz) بورڈ کے پاس/فیل کی پیمائش کریں۔

فریکوئنسی ڈومین طریقہ کی پیمائش کی درستگی میں فرق بنیادی طور پر انشانکن کے طریقہ کار سے آتا ہے۔ انشانکن کے مختلف طریقوں کے مطابق، اسے SLOT (Short-Line-Open-Thru)، ملٹی لائن TRL (Thru-Reflect-Line) اور Ecal (Electronic calibration) الیکٹرانک کیلیبریشن طریقوں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔

سلاٹ کو عام طور پر ایک معیاری انشانکن طریقہ کے طور پر سمجھا جاتا ہے [5]۔ انشانکن ماڈل میں 12 خرابی کے پیرامیٹرز ہیں۔ SLOT طریقہ کی انشانکن درستگی کا تعین انشانکن حصوں سے کیا جاتا ہے۔ پیمائش کرنے والے آلات کے مینوفیکچررز کی طرف سے اعلی درستگی کے انشانکن حصے فراہم کیے جاتے ہیں، لیکن انشانکن حصے مہنگے ہوتے ہیں، اور عام طور پر صرف سماکشیی ماحول کے لیے موزوں ہوتے ہیں، انشانکن وقت طلب ہوتا ہے اور پیمائش کے ٹرمینلز کی تعداد میں اضافے کے ساتھ ہندسی طور پر بڑھتا ہے۔

ملٹی لائن TRL طریقہ بنیادی طور پر غیر سماکشی انشانکن پیمائش کے لیے استعمال کیا جاتا ہے [6]۔ صارف کی طرف سے استعمال ہونے والی ٹرانسمیشن لائن کے مواد اور ٹیسٹ فریکوئنسی کے مطابق، TRL کیلیبریشن پرزے ڈیزائن اور تیار کیے گئے ہیں، جیسا کہ شکل 2 میں دکھایا گیا ہے۔ ملٹی لائن TRL طریقہ پیمائش کے ٹرمینلز کی تعداد میں اضافے کے ساتھ ہندسی طور پر بھی بڑھتا ہے۔

پی سی بی پرنٹڈ سرکٹ بورڈ کے سگنل کی سالمیت پر اثر انداز ہونے والے عوامل کا تجزیہ

وقت گزارنے والے انشانکن کے مسئلے کو حل کرنے کے لیے، پیمائش کے سازوسامان کے مینوفیکچررز نے Ecal الیکٹرانک کیلیبریشن کا طریقہ متعارف کرایا ہے [7]۔ Ecal ایک ٹرانسمیشن معیار ہے۔ انشانکن کی درستگی کا تعین بنیادی طور پر اصل انشانکن حصوں سے ہوتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، ٹیسٹ کیبل کی استحکام اور ٹیسٹ فکسچر ڈیوائس کی نقل کی جانچ کی جاتی ہے۔ کارکردگی اور ٹیسٹ فریکوئنسی کے انٹرپولیشن الگورتھم کا بھی ٹیسٹ کی درستگی پر اثر پڑتا ہے۔ عام طور پر، ٹیسٹ کیبل کے آخر تک ریفرنس کی سطح کو کیلیبریٹ کرنے کے لیے الیکٹرانک کیلیبریشن کٹ کا استعمال کریں، اور پھر فکسچر کی کیبل کی لمبائی کو پورا کرنے کے لیے ڈی ایمبیڈنگ کا طریقہ استعمال کریں۔ جیسا کہ شکل 3 میں دکھایا گیا ہے۔

پی سی بی پرنٹڈ سرکٹ بورڈ کے سگنل کی سالمیت پر اثر انداز ہونے والے عوامل کا تجزیہ

مثال کے طور پر تفریق ٹرانسمیشن لائن کے اندراج کے نقصان کو حاصل کرنے کے لیے، انشانکن کے تین طریقوں کا موازنہ جدول 1 میں دکھایا گیا ہے۔

2.2 موثر بینڈوتھ کا طریقہ

مؤثر بینڈوتھ (EBW) سخت معنوں میں ٹرانسمیشن لائن کے نقصان α کی ایک معیاری پیمائش ہے۔ یہ اندراج کے نقصان کی مقداری قدر فراہم نہیں کر سکتا، لیکن یہ ایک پیرامیٹر فراہم کرتا ہے جسے EBW کہتے ہیں۔ بینڈوڈتھ کا موثر طریقہ یہ ہے کہ TDR کے ذریعے ٹرانسمیشن لائن میں ایک مخصوص عروج کے وقت کے ساتھ ایک مرحلہ سگنل منتقل کیا جائے، TDR آلہ اور DUT کے منسلک ہونے کے بعد بڑھنے کے وقت کی زیادہ سے زیادہ ڈھلوان کی پیمائش کریں، اور MV میں نقصان کے عنصر کے طور پر اس کا تعین کریں۔ /s مزید واضح طور پر، یہ جو تعین کرتا ہے وہ ایک نسبتاً ٹوٹل نقصان کا عنصر ہے، جس کا استعمال سطح سے سطح یا تہہ سے تہہ تک ٹرانسمیشن لائن کے نقصان میں تبدیلیوں کی شناخت کے لیے کیا جا سکتا ہے [8]۔ چونکہ زیادہ سے زیادہ ڈھلوان کو براہ راست آلہ سے ماپا جا سکتا ہے، اس لیے موثر بینڈوتھ کا طریقہ اکثر پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈز کی بڑے پیمانے پر پیداوار کی جانچ کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ EBW ٹیسٹ کا اسکیمیٹک خاکہ تصویر 4 میں دکھایا گیا ہے۔

پی سی بی پرنٹڈ سرکٹ بورڈ کے سگنل کی سالمیت پر اثر انداز ہونے والے عوامل کا تجزیہ

2.3 روٹ پلس توانائی کا طریقہ

روٹ امپلس انرجی (RIE) عام طور پر حوالہ نقصان کی لائن اور ٹیسٹ ٹرانسمیشن لائن کے TDR ویوفارمز حاصل کرنے کے لیے ایک TDR آلہ استعمال کرتی ہے، اور پھر TDR ویوفارمز پر سگنل پروسیسنگ انجام دیتی ہے۔ RIE ٹیسٹ کا عمل تصویر 5 میں دکھایا گیا ہے:

پی سی بی پرنٹڈ سرکٹ بورڈ کے سگنل کی سالمیت پر اثر انداز ہونے والے عوامل کا تجزیہ

2.4 مختصر نبض کے پھیلاؤ کا طریقہ

شارٹ پلس پروپیگیشن کا طریقہ (شارٹ پلس پروپیگیشن جسے ایس پی پی کہا جاتا ہے) ٹیسٹ کا اصول مختلف لمبائیوں کی دو ٹرانسمیشن لائنوں کی پیمائش کرنا ہے، جیسے کہ 30 ملی میٹر اور 100 ملی میٹر، اور دونوں کے درمیان فرق کی پیمائش کرکے پیرامیٹر کشین کاری گتانک اور مرحلے کو نکالنا ہے۔ ٹرانسمیشن لائن کی لمبائی مستقل، جیسا کہ شکل 6 میں دکھایا گیا ہے۔ اس طریقہ کو استعمال کرنے سے کنیکٹرز، کیبلز، پروبز، اور آسیلوسکوپ کی درستگی کے اثرات کو کم کیا جا سکتا ہے۔ اگر اعلیٰ کارکردگی والے TDR آلات اور IFN (Impulse Forming Network) استعمال کیے جائیں تو ٹیسٹ فریکوئنسی 40 GHz تک زیادہ ہو سکتی ہے۔

2.5 سنگل اینڈڈ TDR تفریق اندراج نقصان کا طریقہ

سنگل اینڈڈ ٹی ڈی آر ٹو ڈیفرینشل انسرشن لاس (SET2DIL) 4-پورٹ VNA کا استعمال کرتے ہوئے ڈیفرینشل انسرشن نقصان ٹیسٹ سے مختلف ہے۔ یہ طریقہ TDR قدمی ردعمل کو تفریق ٹرانسمیشن لائن پر منتقل کرنے کے لیے ایک دو بندرگاہ والے TDR آلے کا استعمال کرتا ہے، تفریق ٹرانسمیشن لائن کے اختتام کو چھوٹا کیا جاتا ہے، جیسا کہ شکل 7 میں دکھایا گیا ہے۔ SET2DIL طریقہ کی عام پیمائش کی فریکوئنسی رینج 2 GHz ہے ~ 12 گیگا ہرٹز، اور پیمائش کی درستگی بنیادی طور پر ٹیسٹ کیبل کی متضاد تاخیر اور ڈی یو ٹی کے مائبادی کی مماثلت سے متاثر ہوتی ہے۔ SET2DIL طریقہ کار کا فائدہ یہ ہے کہ مہنگے 4-پورٹ VNA اور اس کے انشانکن حصوں کو استعمال کرنے کی ضرورت نہیں ہے۔ ٹیسٹ شدہ حصے کی ٹرانسمیشن لائن کی لمبائی VNA طریقہ کا صرف نصف ہے۔ انشانکن حصے میں ایک سادہ ساخت ہے اور انشانکن کا وقت بہت کم ہو گیا ہے۔ یہ پی سی بی کی تیاری کے لیے بہت موزوں ہے۔ بیچ ٹیسٹ، جیسا کہ شکل 8 میں دکھایا گیا ہے۔

پی سی بی پرنٹڈ سرکٹ بورڈ کے سگنل کی سالمیت پر اثر انداز ہونے والے عوامل کا تجزیہ

3 ٹیسٹ کا سامان اور ٹیسٹ کے نتائج

SET2DIL ٹیسٹ بورڈ، SPP ٹیسٹ بورڈ اور ملٹی لائن TRL ٹیسٹ بورڈ 3.8 کے ڈائی الیکٹرک مستقل، 0.008 کے ڈائی الیکٹرک نقصان، اور RTF کاپر فوائل کے ساتھ CCL کا استعمال کرتے ہوئے بنائے گئے تھے۔ ٹیسٹ کا سامان DSA8300 سیمپلنگ آسیلوسکوپ اور E5071C ویکٹر نیٹ ورک تجزیہ کار تھا۔ ہر طریقہ کے فرق کے اندراج کا نقصان ٹیسٹ کے نتائج ٹیبل 2 میں دکھائے گئے ہیں۔

پی سی بی پرنٹڈ سرکٹ بورڈ کے سگنل کی سالمیت پر اثر انداز ہونے والے عوامل کا تجزیہ

4 نتیجہ۔

یہ مضمون بنیادی طور پر کئی پی سی بی ٹرانسمیشن لائن سگنل نقصان کی پیمائش کے طریقوں کو متعارف کرایا گیا ہے جو اس وقت صنعت میں استعمال ہوتے ہیں۔ استعمال کیے جانے والے مختلف ٹیسٹ طریقوں کی وجہ سے، اندراج کے نقصان کی پیمائش کی گئی قدریں مختلف ہیں، اور ٹیسٹ کے نتائج کا براہ راست افقی طور پر موازنہ نہیں کیا جا سکتا۔ لہذا، مناسب سگنل نقصان ٹیسٹ ٹیکنالوجی مختلف تکنیکی طریقوں کے فوائد اور حدود کے مطابق منتخب کیا جانا چاہئے، اور ان کی اپنی ضروریات کے ساتھ مل کر.