Blog de PCB - Tecnología de ensayo en el diseño de interconexión de PCB de alta velocidad

Alta velocidad PCB Board Las técnicas de diseño de interconexión incluyen pruebas, Simulación, Y varias normas pertinentes, Entre ellos, la prueba es el método y el método para verificar los resultados de la simulación.. El método de ensayo más importante es la condición necesaria para garantizar el análisis del diseño de la interconexión.. Para probar la forma de onda de la señal tradicional, La principal preocupación es la longitud del plomo de la sonda para evitar la introducción de ruido innecesario en la cola.. Este trabajo discute principalmente la nueva aplicación y desarrollo de la tecnología de prueba de interconexión. En los últimos años, Con el aumento de la velocidad de la señal, Se han producido cambios importantes en los sujetos de ensayo. Ya no se limita al uso tradicional del osciloscopio para probar la forma de onda de la señal. Ruido de puesta a tierra de la fuente de alimentación, synchronous switching noise (SSN), and Nerviosismo (Jitter) have gradually become The focus of interconnect design engineers, Algunos instrumentos en el campo de la radiofrecuencia se han utilizado en el diseño de interconexiones. Los instrumentos de ensayo utilizados comúnmente en el diseño de la interconexión incluyen el analizador de espectro, Analizador de red, Osciloscopio, Y las sondas y abrazaderas utilizadas en estos instrumentos, Para adaptarse al aumento de la velocidad de la señal, estas señales han cambiado significativamente.. Utilice estos instrumentos de prueba como herramientas, En este trabajo se presenta el desarrollo de la tecnología de pruebas de diseño de interconexiones en los últimos años a partir de los siguientes aspectos:

Método de calibración del ensayo

Método de modelado de dispositivos pasivos

Ensayo de integridad de la fuente de alimentación

Método de ensayo del nerviosismo de la señal del reloj

El método de calibración del analizador de red es estricto en tres tipos de instrumentos de prueba comunes, seguido por el analizador de espectro. El método de calibración del osciloscopio es simple. Por lo tanto, aquí discutimos principalmente el método de calibración del analizador de red. Hay tres métodos de calibración comunes para el analizador de red, thru, TRL y solt. La esencia de thru es la normalización. Durante la calibración, el analizador de red registra los resultados de las pruebas del aparato (s21 c). En la prueba real, los resultados de la prueba (s21 m) y s21 C se separan directamente para obtener los resultados de la prueba DUT (s21 a). La precisión de calibración se logra mediante la calibración sin tener en cuenta la reflexión causada por el desajuste en el aparato de ensayo y el acoplamiento electromagnético en el espacio. Este método de calibración puede utilizarse cuando sólo se pruebe s21 y no se requiera precisión de ensayo. En las estructuras no coaxiales, como los PCB, a veces es necesario probar las características de trazas, orificios, conectores, Etc.. en este caso, los proveedores de instrumentos de ensayo no proporcionan piezas de calibración estándar, por lo que es difícil para los probadores hacer un buen circuito abierto, cortocircuito, carga coincidente y otras piezas de calibración en el puerto de calibración de ensayo. Por lo tanto, no es posible realizar la calibración tradicional de Salt. La ventaja de utilizar la calibración TRL es que no se requieren calibradores estándar, y el puerto de calibración de prueba se puede ampliar a la ubicación deseada. En la actualidad, la calibración TRL se ha utilizado ampliamente en las pruebas estructurales de PCB. Solt se considera generalmente un método de calibración estándar. Hay 12 parámetros de error de calibración en el modelo de calibración. Los errores se calibran y calculan utilizando cortocircuito, circuito abierto, carga y a través. Dado que los proveedores de instrumentos de ensayo suelen proporcionar sólo componentes de calibración coaxiales, el método de calibración solt no puede utilizarse en estructuras no coaxiales. Los tres métodos de calibración anteriores se pueden analizar en detalle a través del diagrama de flujo de señal, donde cada parámetro de error tiene el parámetro correspondiente en el diagrama de flujo de señal. A través del diagrama de flujo de la señal, podemos entender claramente la sensibilidad de error de varios métodos de calibración, y luego entender el rango de error de la prueba real. Es importante señalar que incluso el método de calibración estándar Salt ignora los cinco parámetros de error en el modelo de calibración. En general, estos cinco parámetros de error no afectan a la precisión de calibración. Sin embargo, si no se presta atención al diseño de la abrazadera de calibración durante el uso, se producirá un fenómeno de no calibración. El analizador de espectro proporciona una fuente estándar para la calibración. Durante la calibración, sólo necesita conectar la fuente estándar interna al puerto de entrada a través del aparato de prueba. La calibración toma unos 10 minutos. La calibración del osciloscopio es más simple. Conecte la sonda a la fuente estándar interna y confirme. La calibración toma aproximadamente un minuto.

Ensayo y modelado de dispositivos pasivos

Con el aumento de la velocidad de la señal, los dispositivos pasivos desempeñan un papel cada vez más importante en la cadena de señales. La precisión del análisis de simulación del rendimiento del sistema depende generalmente de la precisión del modelo del dispositivo pasivo. Por lo tanto, la prueba y el modelado de componentes pasivos se han convertido gradualmente en una parte importante del diseño de interconexión de varios proveedores de equipos. Los dispositivos pasivos comunes son los siguientes:

Conector

2) PCB Board traces and A través del agujero

Condensador

Inductancia (cuentas magnéticas)

En el diseño de la integridad de la señal de alta velocidad, la influencia del conector en el enlace de la señal. Para los conectores de alta velocidad comúnmente utilizados, la práctica habitual es hacer el aparato de calibración de acuerdo con el método de calibración TRL, y probar y modelar el conector para llevar a cabo el análisis de simulación. El método de modelado de pruebas para trazas y agujeros de PCB es similar al método de modelado de pruebas para conectores. La calibración TRL también se utiliza para mover el puerto de prueba a la ubicación deseada y luego realizar el modelado de prueba.

Características de impedancia de la fuente de alimentación de un solo tablero

El modelo de Capacitancia se utiliza en el análisis de la integridad de la señal y, lo que es más importante, en el análisis de la integridad de la Potencia. Los instrumentos de modelado de Capacitancia comúnmente utilizados en la industria son el analizador de impedancia y el analizador de red, que son adecuados para diferentes bandas de frecuencia. El analizador de impedancia es adecuado para la Sección de baja frecuencia y el analizador de red es adecuado para la Sección de alta frecuencia. Si el analizador de red se utiliza para probar la integridad de la Potencia en la prueba real, se recomienda utilizar el analizador de red en toda la banda de frecuencia del modelado capacitivo para asegurar la consistencia del modelado y la aplicación. Debido a la baja impedancia del condensador, la derivación se utiliza a menudo en el modelado con analizador de red. Cómo eliminar el acoplamiento entre la abrazadera y el condensador para reducir la influencia de la abrazadera en el resultado del modelado es un problem a sin resolver en el modelado de Capacitancia en la industria actual. En el diseño tradicional de la fuente de alimentación, los inductores (cuentas magnéticas) se utilizan generalmente para aislar la fuente de alimentación para reducir la interferencia acústica. En el diseño real, la Inductancia de aislamiento (cuentas magnéticas) se elimina generalmente para reducir el ruido de la fuente de alimentación. Esto se debe a la resonancia de inductores (cuentas magnéticas) con otros conjuntos de filtros. Para evitar esta situación, es necesario modelar y simular la Inductancia (cuentas magnéticas) para evitar la resonancia. Los métodos de modelado de inductores (cuentas magnéticas) comúnmente utilizados en la industria también utilizan Analizadores de red. El método es similar al modelado capacitivo. La diferencia es que el método de modelado de Inductancia (cuentas magnéticas) es el modo de serie, mientras que el método de modelado de Capacitancia es el modo paralelo. El modelado de dispositivos pasivos se utiliza principalmente para la integridad de la señal y la integridad de la Potencia. En los últimos años, el análisis de simulación de EMI se ha desarrollado gradualmente, y el modelado de pruebas de componentes pasivos de EMI se ha convertido gradualmente en el foco del diseño de interconexión. La figura 1 muestra la curva de impedancia del condensador.

Ensayo de integridad de la fuente de alimentación

Con el aumento de la Potencia del CHIP y la disminución de la tensión de funcionamiento, el ruido de la fuente de alimentación se convierte gradualmente en el objeto de preocupación en el diseño de la interconexión. Desde el punto de vista de los objetos de prueba, la prueba de integridad de la fuente de alimentación puede dividirse en dos pasos: la prueba de características del sistema de energía y la prueba de ruido de puesta a tierra de la fuente de alimentación. El primero es la prueba del rendimiento de la fuente de alimentación del sistema (prueba pasiva), el segundo es la prueba directa del ruido de puesta a tierra de la fuente de alimentación (prueba activa), el ruido de conmutación sincrónica también se puede clasificar como ruido de puesta a tierra de la fuente de alimentación. El analizador de red se utiliza generalmente para probar el rendimiento del sistema de energía. Los objetos de prueba son la auto - impedancia y la Impedancia de transmisión del sistema de energía. En condiciones normales, la impedancia del sistema de potencia es mucho menor que la del sistema de análisis de red (50 ohmios), por lo que sólo se requiere una calibración directa durante el ensayo, y la impedancia del sistema de potencia se puede obtener utilizando la fórmula s21 = z / 25. El ruido de puesta a tierra de la fuente de alimentación de ensayo se puede medir utilizando un analizador de espectro y un osciloscopio. El puerto de entrada del analizador de espectro no se puede conectar al componente DC. Por lo tanto, cuando se pruebe el ruido de puesta a tierra de la fuente de alimentación, el bloqueo DC debe estar conectado en serie en el aparato de ensayo. La Impedancia de entrada del analizador de espectro es de 50 ohmios y la Impedancia de la red de puesta a tierra de la fuente de alimentación es generalmente de nanoohmios, por lo que el aparato de ensayo no afectará al sistema de ensayo. El método anterior es probar el ruido de puesta a tierra de la fuente de alimentación en el tablero, y el ruido de puesta a tierra de la fuente de alimentación en el chip es el factor que realmente afecta el funcionamiento del chip. En este caso, es necesario utilizar la prueba de ruido de conmutación sincrónica para determinar el ruido de puesta a tierra de la fuente de alimentación en el chip. Supongamos que el chip tiene n puertos io, uno de los cuales permanece estático y el otro n - 1 se voltea al mismo tiempo para probar la forma de onda de la señal en la red estática, es decir, el ruido de conmutación sincrónica. El ruido de conmutación sincrónica incluye el ruido de puesta a tierra de la fuente de alimentación y la conversación cruzada entre diferentes señales en el paquete. No hay manera de hacer una distinción completa entre los dos.

La Impedancia de entrada del osciloscopio varía con la configuración

En algunos productos de gama alta, el nerviosismo se ha convertido gradualmente en un indicador importante del rendimiento del producto. Aquí, sólo presentamos brevemente cómo utilizar el analizador de espectro para probar el nerviosismo de la señal del reloj y la solución de problemas. Actualmente no se incluyen las pruebas de nerviosismo de las señales de datos. En la mayoría de los sistemas, los relojes son generados por osciladores de cristal o bucles de fase bloqueada. La prueba de nerviosismo de la señal del reloj es relativamente simple y no necesita un instrumento de prueba de alta gama. Se puede utilizar un analizador de espectro ordinario para localizar problemas. El espectro de la señal de reloj ideal es un espectro discreto limpio, cuyo componente es sólo un múltiplo de la frecuencia del reloj. Si hay nerviosismo en la señal del reloj, los lóbulos laterales aparecerán cerca de estos multiplicadores, y el nerviosismo es proporcional a la Potencia de estos lóbulos laterales. El método específico para probar el nerviosismo del reloj con el analizador de espectro es encontrar cualquier punto de prueba en la cadena de la señal del reloj, conectar la señal de este punto al analizador de espectro a través del bloqueo DC, y observar el resultado de la prueba. Dado que el aparato de ensayo es un sistema lineal, no hay necesidad de preocuparse por la generación de nuevos componentes espectrales. Como se ha descrito anteriormente, los relojes son generados por osciladores de cristal o bucles de fase bloqueada. En este caso, una razón importante para introducir el nerviosismo del reloj es el ruido de la fuente de alimentación del Oscilador de cristal o pll. La causa del nerviosismo del reloj se puede determinar básicamente midiendo el ruido de alimentación del Oscilador de cristal o del bucle de fase bloqueada y comparándolo con el lóbulo lateral en el espectro del reloj. La solución a este problema es rediseñar el circuito de filtro del Oscilador de cristal pll de acuerdo con el lóbulo lateral del espectro del reloj. En general, estos problemas se pueden resolver seleccionando razonablemente condensadores de filtro.

Este artículo presenta brevemente los objetos de prueba y los métodos de prueba en el campo del diseño de interconexión actual.. A medida que aumenta la velocidad de la señal, Nuevas pruebas están apareciendo, Incluido el ruido de la fuente de alimentación al suelo, Modelado de dispositivos pasivos, jitter, Hay más. Sobre la base de su propia experiencia laboral, el autor propone un método de ensayo para estos nuevos contenidos de ensayo.. En la medición tradicional de la forma de onda de la señal, La longitud del cable de tierra debe reducirse para evitar el acoplamiento de la cola al ruido y reducir la precisión de la medición.. Diseño futuro de la interconexión, Debido al aumento de la frecuencia de funcionamiento de la señal, El enfoque se trasladará al paquete de chips, Y la tecnología de prueba y modelado se convertirá en el foco de la investigación. PCB Board.