L'actualité PCB - Méthodes de mesure des pertes de signal sur plusieurs lignes de transmission PCB

1, préambule

L'intégrité du signal de la carte de circuit imprimé est un sujet brûlant ces dernières années, il existe de nombreux rapports de recherche nationaux sur les facteurs d'influence de l'analyse de l'intégrité du signal PCB, mais l'état actuel de la technologie de test de perte de signal est rarement présenté.

La perte de signal de la ligne de transmission PCB provient de la perte de conducteur et de la perte diélectrique du matériau, également influencée par la résistance de la Feuille de cuivre, la rugosité de la Feuille de cuivre, la perte de rayonnement, la désadaptation d'impédance, la diaphonie et d'autres facteurs. Dans la chaîne d'approvisionnement, les indicateurs d'acceptation des usines CCL et PCB Express utilisent des constantes diélectriques et des pertes diélectriques. Les indicateurs entre l'usine de livraison de PCB et le terminal utilisent généralement l'impédance et la perte d'insertion.

Pour la conception et l'application de circuits imprimés à grande vitesse, comment mesurer rapidement et efficacement les pertes de signal sur les lignes de transmission de circuits imprimés est d'une grande importance pour la configuration des paramètres de conception de circuits imprimés, la mise en service de la simulation et le contrôle du processus de production.

2. État actuel de la technologie d'essai de perte d'insertion de PCB

Actuellement, les méthodes de mesure de perte de signal PCB utilisées dans l'industrie sont classées par instrument utilisé et peuvent être classées en deux catégories: Domaine temporel ou fréquence. Un instrument de test dans le domaine temporel est un réflectomètre dans le domaine temporel (TDR) ou un transmetteur dans le domaine temporel (TDT). L'instrument de test du Domaine fréquentiel est un analyseur de réseau vectoriel (vna). Dans la spécification de test IPC - tm650, cinq méthodes de test sont recommandées pour la mesure des pertes de signal PCB: la méthode du Domaine fréquentiel, la méthode de la bande passante effective, la méthode de l'énergie d'impulsion racine, la méthode de propagation d'impulsion courte, la méthode de perte d'insertion différentielle TDR à extrémité unique.

2.1 approche du domaine des fréquences

La méthode du Domaine fréquentiel utilise principalement un analyseur de réseau vectoriel pour mesurer le paramètre s de la ligne de transmission, lire directement la valeur des pertes d'insertion, puis utiliser la pente ajustée de la perte d'insertion moyenne pour mesurer le passage / échec d'une carte interne dans une gamme de fréquences spécifique, telle que 1 GHz à 5 GHz.

Les différences dans la précision des mesures par la méthode du Domaine fréquentiel proviennent principalement de la méthode d'étalonnage. Selon différentes méthodes de Calibration, il peut être subdivisé en Slot (short Line open circuit), TRL Multi - lignes (Straight through Reverse ray) et ECAL (Electronic Calibration), entre autres.

Slot est généralement considéré comme une méthode d'étalonnage standard [5], il y a un total de 12 paramètres de modèle d'étalonnage d'erreur, la méthode d'étalonnage slot est déterminée par les composants d'étalonnage, les fabricants d'équipements de mesure fournissent des diplômes universitaires, mais l'étalonnage est coûteux et généralement applicable uniquement aux environnements coaxiaux, L'étalonnage prend beaucoup de temps et augmente avec le nombre et la géométrie.

Le TRL multiligne est principalement utilisé pour les mesures d'étalonnage non coaxiales [6]. Les composants d'étalonnage TRL sont conçus et fabriqués en fonction du matériau de la ligne de transmission et de la fréquence d'essai utilisés par l'utilisateur. Bien que les TRL multilignes soient plus faciles à concevoir et à fabriquer que les slot, le temps d'étalonnage des TRL multilignes augmente également géométriquement à mesure que le nombre d'extrémités de mesure augmente.

Pour résoudre le problème du temps d'étalonnage, les fabricants d'appareils de mesure ont introduit la méthode d'étalonnage électronique ECAL [7]. ECAL est une norme de transmission et l'étalonnage est principalement déterminé par les composants d'étalonnage d'origine. Dans le même temps, la stabilité du câble de test, la répétabilité de la pince de test et l'algorithme d'interpolation de la fréquence de test ont également un impact sur le test. Typiquement, la surface de référence est d'abord calibrée à l'extrémité du câble de test avec une languette électronique de calibrage, puis la longueur de câble de la pince est compensée par l'encastrement de la pince.

En prenant l'exemple des pertes d'insertion d'une ligne de transmission différentielle, une comparaison des trois méthodes de Calibration est présentée dans le tableau 1.

2.2 Méthode de bande passante efficace

?? La bande passante effective (EBW) est strictement une mesure qualitative des pertes sur la ligne de transmission. Il ne fournit pas une valeur quantitative des pertes d'insertion, mais un paramètre appelé EBW. La méthode de bande passante effective consiste à transmettre sur la ligne de transmission par TDR un signal pas à pas avec un temps de montée spécifique et à mesurer la pente du temps de montée après connexion de l'instrument TDR au composant testé, déterminée comme facteur de perte en MV / S. Au lieu de cela, il détermine un facteur de perte totale relative qui peut être utilisé pour identifier les variations de perte d'une ligne de transmission de surface à surface ou de couche à couche [8]. Comme la pente peut être mesurée directement à partir de l'instrument, la méthode de la bande passante effective est souvent utilisée pour les tests de production en série de cartes de circuits imprimés.

2.3 méthode de l'énergie pulsée racine

?? La méthode root Impulse Energy (rie) utilise généralement l'instrument TDR pour obtenir les formes d'onde TDR respectivement pour la ligne de perte de référence et la ligne de transmission de test, puis pour traiter les formes d'onde TDR.

2.4 méthode de propagation des impulsions courtes

Le principe du test de propagation d'impulsions courtes (SPP) est de mesurer deux lignes de transmission de longueurs différentes, telles que 30 mm et 100 mm, et d'extraire le coefficient d'atténuation paramétrique et la constante de phase en mesurant la différence entre les deux lignes de transmission. Cette approche minimise l'impact des connecteurs, câbles, sondes et Oscilloscopes. Avec des instruments TDR haute performance et un réseau de formation d'impulsions (IFN), la fréquence de test peut atteindre 40 GHz.

2.5 méthode de perte par insertion différentielle TDR à extrémité unique

La méthode de perte différentielle tdrto à extrémité unique (set2dil) diffère de la méthode de perte différentielle vna à 4 ports. La réponse en échelon TDR est transmise à la ligne de transmission différentielle et l'extrémité de la ligne de transmission différentielle est court - circuitée. La gamme de fréquence de mesure typique de la méthode set2dil est de 2 GHz à 12 GHz, et la précision de la mesure est principalement influencée par l'incohérence du retard du câble testé et la désadaptation de l'impédance des composants testés. L'avantage de la méthode set2dil est qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser un vna 4 ports coûteux et ses composants d'étalonnage, et que la longueur de la ligne de transmission du composant testé n'est que de la moitié de celle de la méthode vna. Les composants d'étalonnage ont une structure simple et le temps d'étalonnage est également considérablement réduit, ce qui les rend parfaits pour les tests par lots de fabrication de PCB.

3. Équipement d'essai et résultats d'essai

La plaque de test set2dil, la plaque de test spp et la plaque de test TRL Multi - fils sont respectivement fabriquées en CCL avec une constante diélectrique de 3,8, une perte diélectrique de 0008 et une feuille de cuivre RTF. L'équipement de test est un oscilloscope à échantillonnage dsa8300 et un analyseur de réseau vectoriel e5071c; Les résultats des tests de perte différentielle d'insertion pour chaque méthode sont présentés dans le tableau 2.

4, note de fin

Cet article présente principalement plusieurs méthodes de mesure de la perte de signal sur la ligne de transmission PCB. En raison des différentes méthodes d'essai utilisées et des valeurs de perte d'insertion mesurées, les résultats d'essai ne peuvent pas être comparés directement au niveau. Il est donc nécessaire de choisir la technique de test de perte de signal appropriée en fonction des avantages et des limites des différentes méthodes techniques et de leurs propres exigences.