PCB-Neuigkeiten - Mehrere Methoden zur Messung des Signalverlusts der Leiterplatten-Übertragungsleitung

1, das Vorwort

Leiterplatte Signalintegrität ist in den letzten Jahren ein heißes Thema, Es gab viele inländische Forschungsberichte über die Einflussfaktoren der PCB-Signalintegritätsanalyse, aber der Status der Signalverlustentechnologie wird selten eingeführt.

Der Signalverlust der Leiterplattenübertragungsleitung entsteht durch Leiterverlust und dielektrischen Verlust von Materialien und wird auch durch Kupferfolienwiderstand, Kupferfolienrauhigkeit, Strahlungsverlust, Impedanzanpassung, Übersprechen und andere Faktoren beeinflusst. In der Lieferkette nimmt der Akzeptanzindex der CCL- und PCB-Express-Fabrik dielektrische Konstante und dielektrischen Verlust an. Der Index zwischen PCB-Express-Anlage und Terminal nimmt normalerweise Impedanz und Einfügedämpfung an.

Für das Design und die Anwendung von Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten ist die schnelle und effektive Messung des Signalverlustes der Leiterplattenübertragungsleitung von großer Bedeutung für die Einstellung von Leiterplattendesignparametern, das Simulations-Debugging und die Steuerung des Produktionsprozesses.

2. Aktuelle Situation der PCB-Einfügungsdämpfungstechnologie

Derzeit werden in der Industrie verwendete PCB-Signalverlustmessmethoden nach den verwendeten Instrumenten klassifiziert, die in zwei Kategorien unterteilt werden können: Zeitdomäne oder frequenzbasiert. Das Zeitbereichsprüfgerät ist die Zeitbereichsreflektometrie (TDR) oder die Zeitbereichsübertragung (TDT). Das Frequenzbereichsprüfgerät ist Vector Network Analyzer (VNA). In der Testspezifikation ipC-TM650 werden fünf Testmethoden für die Messung des PCB-Signalverlusts empfohlen: Frequenzbereichsmethode, effektive Bandbreitenmethode, Wurzelimpulsenergiemethode, Kurzpulsausbreitungsmethode, TDR-Differenzialinsertionsverlustmethode.

2.1 die Methode des Frequenzbereichs

Frequenzbereichsmethode verwendet hauptsächlich Vektornetzwerkanalysator, um S-Parameter der Übertragungsleitung zu messen, liest den Einfügungsverlustwert direkt aus und verwendet dann die passende Steigung der durchschnittlichen Einfügungsdämpfung, um den Pass/Ausfall der Platte in einem bestimmten Frequenzbereich zu messen (z. B. 1 GHz-5 GHz).

Der Unterschied der Messgenauigkeit der Frequenzbereichsmethode kommt hauptsächlich von der Kalibriermethode. Entsprechend verschiedenen Kalibriermethoden kann es in SLOT (Short-Line-Open-Thru), Multi-Line TRL (Thru-Reflect-Line) und Ecal (Elektronische Kalibrierung) usw. unterteilt werden.

SLOT wird normalerweise als Standardkalibrierungsmethode [5] betrachtet, insgesamt 12-Fehler-Kalibrierungsmodellparameter, SLOT-Art der Kalibrierung wird durch Kalibrierungsteile bestimmt, hohe Kalibrierung wird vom Messgerätehersteller bereitgestellt, aber die Kalibrierung ist teuer und gilt im Allgemeinen nur für koaxiale Umgebung, Die Kalibrierung zeitaufwendig und mit zunehmender Anzahl und geometrischem Wachstum.

Mehrzeilige TRL wird hauptsächlich für nichtkoaxiale Kalibriermessungen verwendet [6]. TRL-Kalibrierungskomponenten werden gemäß den von den Benutzern verwendeten Übertragungsleitungsmaterialien und Prüffrequenzen konstruiert und hergestellt. Obwohl Multi-Line TRL einfacher zu konstruieren und herzustellen ist als SLOT, erhöht sich die Kalibrierzeit von Multi-Line TRL auch geometrisch mit zunehmender Anzahl von Messenden.

Um das Problem der zeitraubenden Kalibrierung zu lösen, haben Messgerätehersteller das elektronische Kalibrierverfahren Ecal eingeführt [7]. Ecal ist ein Übertragungsstandard, und die Kalibrierung wird hauptsächlich durch die ursprünglichen Kalibrierteile bestimmt. Unterdessen haben die Stabilität des Testkabels, die Wiederholbarkeit der Testvorrichtung und der Interpolationsalgorithmus der Testfrequenz auch einen Einfluss auf den Test. Im Allgemeinen wird die Bezugsfläche zuerst bis zum Ende des Prüfkabels mit einem elektronischen Kalibrierstück kalibriert, und dann wird die Kabellänge der Vorrichtung durch Einbettung kompensiert.

Am Beispiel der Einfügedämpfung der differentiellen Übertragungsleitung wird der Vergleich der drei Kalibrierverfahren in Tabelle 1 dargestellt.

2.2 Effektive Bandbreitenverfahren

?? Effektive Bandbreite (EBW) ist streng eine qualitative Messung des Übertragungsleitungsverlustes α. Sie liefert keinen quantitativen Wert der Insertionsverluste, sondern einen Parameter namens EBW. Das effektive Bandbreitenverfahren besteht darin, das Schrittsignal einer bestimmten Anstiegszeit an die Übertragungsleitung durch TDR zu übertragen und die Steigung der Anstiegszeit nach der Verbindung zwischen dem TDR-Instrument und dem geprüften Teil, der als Verlustfaktor bestimmt wird, in MV/s zu messen. Vielmehr bestimmt sie einen relativen Gesamtverlustfaktor, der verwendet werden kann, um Verluständerungen in der Übertragungsleitung von Oberfläche zu Oberfläche oder Schicht zu Schicht zu identifizieren [8]. Da die Steigung direkt vom Instrument aus gemessen werden kann, wird das effektive Bandbreitenverfahren häufig für Massenproduktionstests von Leiterplatten verwendet.

2.3 Methode der Wurzelimpulsenergie

?? Das Root ImPulse Energy (RIE)-Verfahren verwendet normalerweise TDR-Instrumente, um die TDR-Wellenform der Referenzverlustlinie bzw. der Testübertragungsleitung zu erhalten, und führt dann die Signalverarbeitung auf der TDR-Wellenform durch.

2.4 Kurzpulsausbreitungsverfahren

Kurzpulsausbreitungsprüfprinzip (SPP) besteht darin, zwei Übertragungsleitungen unterschiedlicher Länge, wie 30 mm und 100 mm zu messen und Parameterdämpfungskoeffizienten und Phasenkonstante zu extrahieren, indem die Differenz zwischen den beiden Übertragungsleitungen gemessen wird. Dieser Ansatz minimiert die Auswirkungen von Steckern, Kabeln, Sonden und Oszilloskopen. Mit leistungsstarken TDR-Instrumenten und Impulse Forming Network (IFN) kann die Testfrequenz bis zu 40 GHz betragen.

2.5 Single-ended TDR Differential Insertion Loss Methode

Die Single-ended TDRto Differential Loss Methode (SET2DIL) unterscheidet sich von der 4-Port VNA Differential Loss Methode. Die TDR-Schrittantwort wird an die Differenzübertragungsleitung übertragen, und die Differenzübertragungsleitungsenden sind kurzgeschlossen. Der typische Messfrequenzbereich des SET2DIL-Verfahrens ist 2 GHz/12 GHz, und die Messgenauigkeit wird hauptsächlich durch die inkonsistente Verzögerung des Testkabels und die Impedanzanpassung der geprüften Teile beeinflusst. Das SET2DIL-Verfahren hat den Vorteil, dass es keine teuren 4-Port-VNA und seine Kalibrierungskomponenten verwenden muss und die Länge der Übertragungsleitung der getesteten Komponenten nur die Hälfte der Länge der VNA-Methode beträgt. Die Kalibrierungskomponenten haben eine einfache Struktur und die Kalibrierungszeit ist auch stark reduziert, so dass sie für Batchtests der Leiterplattenherstellung sehr geeignet ist.

3. Prüfmittel und Prüfergebnisse

SET2DIL-Testplatine, SPP-Testplatine und Multi-Line-TRL-Testplatine wurden von CCL mit dielektrischer Konstante 3.8, dielektrischer Verlust 0.008 und RTF-Kupferfolie hergestellt. Das Testgerät ist DSA8300 Probenahmeoszilloskop und E5071C Vektornetzwerkanalysator; Die Testergebnisse der differentiellen Insertionsverluste jeder Methode sind in Tabelle 2 dargestellt.

4, Endnoten

Dieses Papier stellt hauptsächlich mehrere Messmethoden des PCB-Übertragungsleitungssignalverlusts vor. Da die verwendeten Prüfmethoden unterschiedlich sind, sind auch die gemessenen Insertionsverlustwerte unterschiedlich und die Testergebnisse können nicht direkt horizontal verglichen werden. Daher ist es notwendig, die geeignete Signalverlustesttechnologie entsprechend den Vorteilen und Einschränkungen verschiedener technischer Methoden und ihren eigenen Anforderungen zu wählen.