1 Giới thiệu

Bảng mạch in Tính toàn vẹn của tín hiệu (PCB) đã là một chủ đề nóng trong những năm gần đây. Đã có nhiều báo cáo nghiên cứu trong nước về việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của tín hiệu PCB, nhưng thử nghiệm suy hao tín hiệu Giới thiệu về hiện trạng công nghệ là tương đối hiếm.

Nguồn gây suy hao tín hiệu đường truyền PCB là tổn hao dây dẫn và tổn hao điện môi của vật liệu, đồng thời nó cũng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như điện trở lá đồng, độ nhám lá đồng, suy hao bức xạ, không phù hợp trở kháng và nhiễu xuyên âm. Trong chuỗi cung ứng, các chỉ số chấp nhận của các nhà sản xuất đồng mạ đồng (CCL) và các nhà sản xuất PCB express sử dụng hằng số điện môi và tổn thất điện môi; trong khi các chỉ số giữa nhà sản xuất PCB express và thiết bị đầu cuối thường sử dụng trở kháng và suy hao chèn, như trong Hình 1.

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính toàn vẹn tín hiệu của bảng mạch in PCB

Đối với thiết kế và sử dụng PCB tốc độ cao, làm thế nào để đo nhanh chóng và hiệu quả sự mất mát tín hiệu của đường truyền PCB có ý nghĩa lớn đối với việc thiết lập các thông số thiết kế PCB, gỡ lỗi mô phỏng và kiểm soát quá trình sản xuất.

2. Hiện trạng của công nghệ kiểm tra tổn thất chèn PCB

Các phương pháp kiểm tra suy hao tín hiệu PCB hiện đang được sử dụng trong ngành được phân loại từ các thiết bị được sử dụng và có thể được chia thành hai loại: dựa trên miền thời gian hoặc dựa trên miền tần số. Dụng cụ kiểm tra miền thời gian là Máy đo phản xạ miền thời gian (TDR) hoặc máy đo truyền dẫn miền thời gian (TImeDomain Transmission, TDT); công cụ kiểm tra miền tần số là Máy phân tích mạng vectơ (TTXVN). Trong thông số kỹ thuật thử nghiệm IPC-TM650, năm phương pháp thử nghiệm được khuyến nghị để kiểm tra suy hao tín hiệu PCB: phương pháp miền tần số, phương pháp băng thông hiệu quả, phương pháp năng lượng xung gốc, phương pháp truyền xung ngắn, phương pháp suy hao chèn vi sai TDR một đầu.

2.1 Phương pháp miền tần số

Phương pháp miền tần số chủ yếu sử dụng bộ phân tích mạng vectơ để đo các thông số S của đường truyền, đọc trực tiếp giá trị suy hao chèn và sau đó sử dụng độ dốc phù hợp của suy hao chèn trung bình trong một dải tần cụ thể (chẳng hạn như 1 GHz ~ 5 GHz) Đo điểm đạt / không đạt của bo mạch.

Sự khác biệt về độ chính xác đo của phương pháp miền tần số chủ yếu đến từ phương pháp hiệu chuẩn. Theo các phương pháp hiệu chuẩn khác nhau, nó có thể được chia nhỏ thành các phương pháp hiệu chuẩn điện tử SLOT (Short-Line-Open-Thru), MulTI-Line TRL (Thru-Reflect-Line) và Ecal (Electronic calibraTIon).

SLOT thường được coi là một phương pháp hiệu chuẩn tiêu chuẩn [5]. Mô hình hiệu chuẩn có 12 thông số lỗi. Độ chính xác hiệu chuẩn của phương pháp SLOT được xác định bởi các bộ phận hiệu chuẩn. Các bộ phận hiệu chuẩn có độ chính xác cao được cung cấp bởi các nhà sản xuất thiết bị đo, nhưng các bộ phận hiệu chuẩn đắt tiền và thường chỉ phù hợp với môi trường đồng trục, việc hiệu chuẩn tốn nhiều thời gian và tăng về mặt hình học khi số lượng đầu nối đo lường tăng lên.

Phương pháp MulTI-Line TRL chủ yếu được sử dụng để đo hiệu chuẩn không đồng trục [6]. Tùy theo vật liệu của đường truyền mà người dùng sử dụng và tần số thử nghiệm, các bộ phận hiệu chuẩn TRL được thiết kế và sản xuất, như trong Hình 2. Mặc dù TRL Đa Đường dễ thiết kế và sản xuất hơn SLOT, nhưng thời gian hiệu chuẩn của Phương pháp TRL đa dòng cũng tăng về mặt hình học với sự gia tăng của số lượng thiết bị đầu cuối đo lường.

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính toàn vẹn tín hiệu của bảng mạch in PCB

Để giải quyết vấn đề mất thời gian hiệu chuẩn, các nhà sản xuất thiết bị đo lường đã đưa ra phương pháp hiệu chuẩn điện tử Ecal [7]. Ecal là một tiêu chuẩn truyền dẫn. Độ chính xác của hiệu chuẩn chủ yếu được xác định bởi các bộ phận hiệu chuẩn ban đầu. Đồng thời, kiểm tra độ ổn định của cáp thử nghiệm và sự trùng lặp của thiết bị cố định thử nghiệm. Thuật toán nội suy về hiệu suất và tần suất thử nghiệm cũng có tác động đến độ chính xác của phép thử. Nói chung, sử dụng bộ hiệu chuẩn điện tử để hiệu chuẩn bề mặt chuẩn đến đầu cáp thử nghiệm, sau đó sử dụng phương pháp khử nhúng để bù chiều dài cáp của bộ cố định. Như hình 3.

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính toàn vẹn tín hiệu của bảng mạch in PCB

Để lấy ví dụ về suy hao chèn của đường truyền vi sai, sự so sánh của ba phương pháp hiệu chuẩn được trình bày trong Bảng 1.

2.2 Phương pháp băng thông hiệu quả

Băng thông hiệu dụng (EBW) là một phép đo định tính của suy hao đường truyền α theo nghĩa chặt chẽ. Nó không thể cung cấp một giá trị định lượng của tổn thất chèn, nhưng nó cung cấp một tham số được gọi là EBW. Phương pháp băng thông hiệu quả là truyền tín hiệu bước với thời gian tăng cụ thể tới đường truyền thông qua TDR, đo độ dốc tối đa của thời gian tăng sau khi thiết bị TDR và ​​DUT được kết nối và xác định nó là hệ số suy hao, tính bằng MV. /NS. Chính xác hơn, Hệ số nó xác định là hệ số tổn thất tổng tương đối, có thể được sử dụng để xác định những thay đổi trong tổn thất đường truyền từ bề mặt này sang bề mặt khác hoặc lớp này sang lớp khác [8]. Vì độ dốc tối đa có thể được đo trực tiếp từ thiết bị, nên phương pháp băng thông hiệu quả thường được sử dụng để kiểm tra sản xuất hàng loạt bảng mạch in. Sơ đồ của thử nghiệm EBW được thể hiện trong Hình 4.

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính toàn vẹn tín hiệu của bảng mạch in PCB

2.3 Phương pháp năng lượng xung gốc

Root ImPulse Energy (RIE) thường sử dụng thiết bị TDR để thu được các dạng sóng TDR của đường suy hao tham chiếu và đường truyền thử nghiệm, sau đó thực hiện xử lý tín hiệu trên các dạng sóng TDR. Quá trình kiểm tra RIE được thể hiện trong Hình 5:

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính toàn vẹn tín hiệu của bảng mạch in PCB

2.4 Phương pháp truyền xung ngắn

Nguyên tắc thử nghiệm của phương pháp truyền xung ngắn (Short Pulse Communication, gọi tắt là SPP) là đo hai đường truyền có độ dài khác nhau, chẳng hạn như 30 mm và 100 mm, và trích xuất hệ số suy giảm tham số và pha bằng cách đo sự khác biệt giữa hai độ dài đường truyền. Không đổi, như thể hiện trong Hình 6. Sử dụng phương pháp này có thể giảm thiểu tác động của đầu nối, cáp, đầu dò và độ chính xác của máy hiện sóng. Nếu sử dụng thiết bị TDR hiệu suất cao và IFN (Mạng tạo xung), tần số thử nghiệm có thể cao tới 40 GHz.

2.5 Phương pháp suy hao chèn vi sai TDR một đầu

Suy hao chèn tín hiệu từ một đầu đến sai lệch (SET2DIL) khác với thử nghiệm suy hao chèn vi sai sử dụng 4 cổng VNA. Phương pháp này sử dụng thiết bị TDR hai cổng để truyền đáp ứng bước TDR tới đường truyền vi sai, Điểm cuối của đường truyền vi sai bị ngắn, như thể hiện trong Hình 7. Dải tần số đo điển hình của phương pháp SET2DIL là 2 GHz ~ 12 GHz và độ chính xác của phép đo chủ yếu bị ảnh hưởng bởi độ trễ không nhất quán của cáp thử nghiệm và sự không phù hợp trở kháng của DUT. Ưu điểm của phương pháp SET2DIL là không cần sử dụng VNA 4 cổng đắt tiền và các bộ phận hiệu chuẩn của nó. Độ dài đường truyền của phần thử nghiệm chỉ bằng một nửa so với phương pháp của VNA. Bộ phận hiệu chuẩn có cấu trúc đơn giản và thời gian hiệu chuẩn giảm đi rất nhiều. Nó rất thích hợp cho sản xuất PCB. Thử nghiệm hàng loạt, như trong Hình 8.

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính toàn vẹn tín hiệu của bảng mạch in PCB

3 Thiết bị thử nghiệm và kết quả thử nghiệm

Bảng kiểm tra SET2DIL, bảng kiểm tra SPP và bảng kiểm tra TRL Đa Dòng được chế tạo bằng CCL với hằng số điện môi là 3.8, tổn hao điện môi là 0.008 và lá đồng RTF; thiết bị kiểm tra là máy hiện sóng lấy mẫu DSA8300 và máy phân tích mạng vector E5071C; Suy hao chèn chênh lệch của từng phương pháp Kết quả thử nghiệm được thể hiện trong Bảng 2.

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính toàn vẹn tín hiệu của bảng mạch in PCB

Kết luận 4

Bài viết này chủ yếu giới thiệu một số phương pháp đo suy hao tín hiệu đường truyền PCB hiện đang được sử dụng trong công nghiệp. Do các phương pháp thử nghiệm khác nhau được sử dụng, các giá trị suy hao chèn được đo là khác nhau và kết quả thử nghiệm không thể được so sánh trực tiếp theo chiều ngang. Do đó, công nghệ kiểm tra suy hao tín hiệu thích hợp cần được lựa chọn theo những ưu điểm và hạn chế của các phương pháp kỹ thuật khác nhau và kết hợp với nhu cầu của riêng chúng.