Technologie PCB - Explication facile à comprendre de l'impédance caractéristique

Les principes abstraits et complexes de la logique numérique à grande vitesse, et comment transmettre un signal carré dans une ligne de transmission, et comment assurer l'intégrité de son signal, réduire son bruit pour réduire les erreurs d'exploitation, et d'autres expressions spécialisées, si vous pouvez l'illustrer avec des exemples simples de la vie, mais Si vous introduisez un tas de formules mathématiques et un langage physique difficile au lieu de bouger, alors l'illumination et la bénédiction d'un novice ou d'un intervenant seront plus efficaces avec moins d'effort.

Cependant, de nombreux professionnels de premier cycle, même les médecins et les professeurs des enseignants à Almond plate, ne savent pas s'ils ne sont pas vraiment entrés dans la situation ou pourquoi? Ou ils montrent délibérément ce qu'ils savent pour effrayer les gens instruits, mais ils ne le savent pas, ou ils ont deux mentalités! Il existe un grand nombre de livres et d'articles de revues sur le marché, dont la plupart sont inexplicables. Les exemples sont rares. Il fait vraiment regarder les fleurs dans le brouillard. C'est étrange de comprendre!

Les auteurs ont récemment obtenu de brèves informations sur le contrôle d'impédance fournies par nisho Hioki, une société spécialisée dans les tests électriques. Le contenu peut être dit d'un coup d'œil, ce qui rend les gens aimants, est le domaine recherché depuis longtemps par l'auteur. Avec l'aide précieuse de Liao Feng - Ying, Vice - Président de Hong Kong Construction Company, ainsi que de l'auteur original Hong Yamazaki et de ses supérieurs, j'ai eu le grand plaisir d'obtenir l'Accord de la société d'origine "wengang construction". Merci à junhiko Jinai et aux autres d'avoir pu terminer cet article. Tous les doyens et les étudiants avancés sont invités à fournir de nombreuses informations similaires au profit des lecteurs étudiants et vous excellerez dans l'industrie.

1. Considérez la transmission du signal comme un tuyau pour arroser les fleurs

1.1 Dans la ligne de signal multicouche du système numérique, lorsque le signal d'onde carrée est transmis, on peut imaginer qu'un tuyau envoie de l'eau à une fleur. Une extrémité est pressurisée dans la poignée pour qu'elle sorte de la colonne d'eau et l'autre extrémité est fixée au robinet. Lorsque la pression exercée par la poignée est juste la bonne et que la portée de la colonne d'eau est correctement éjectée dans la zone cible, l'application et la réception seront heureuses et la tâche sera accomplie avec succès. N'est - ce pas un petit accomplissement pratique?

1.2 mais une fois que le processus d'injection d'eau est trop loin, non seulement la cible est libérée et les ressources en eau gaspillées, mais il peut même être déchargé nulle part en raison d'une pression d'eau excessive, ce qui peut rebondir à la source et provoquer le tuyau à se libérer du robinet! Cette mission a non seulement échoué, mais aussi été un énorme revers. C'est épineux et plein de tofu!

1.3 inversement, lorsque la poignée n'est pas suffisamment serrée pour que la portée soit trop proche, le résultat souhaité n'est toujours pas obtenu. Trop n'est pas ce que vous voulez. Tout le monde ne peut être heureux que quand il est juste bon.

1.4 Les détails simples de la vie ci - dessus peuvent être utilisés pour illustrer que le signal à ondes carrées (signal) est effectué dans une ligne de transmission multicouche (ligne de transmission, composée d'une ligne de signal, d'une couche diélectrique et d'une couche de terre). Livraison rapide. A ce stade, la ligne de transmission (souvent appelée câble coaxial, ligne microruban ou ruban, etc.) peut être considérée comme un tuyau, la pression exercée par le tube de préhension agissant comme une « extrémité réceptrice» sur la plaque. (récepteur) la résistance en parallèle avec GNd est générique (c'est l'une des cinq technologies de terminaison, voir l'article "développement de résistances embarquées" dans le numéro 13 de tpca Proceedings pour une description détaillée) et peut être utilisée pour ajuster son impédance caractéristique de point de terminaison (impédance caractéristique) pour correspondre aux exigences internes des composants de terminaison de réception.

2. Technologie de contrôle terminal de ligne de transmission (Terminal)

2.1 Il ressort de ce qui précède que lorsqu'un "signal" se propage dans une ligne de transmission et atteint un point final, pour fonctionner dans un élément récepteur tel qu'un CPU ou un IC de taille différente tel que meomery, l '"impédance caractéristique" de la ligne de signal elle - même doit être telle qu'Elle doit correspondre à l'impédance électronique interne de l'élément terminal pour que la tâche n'échoue pas en blanc. En termes, cela signifie exécuter correctement les instructions, réduire les nuisances sonores et éviter les erreurs de fonctionnement. Une fois qu'ils ne correspondent pas, il y a un peu d'énergie qui rebondit vers "l'extrémité émettrice", ce qui entraîne des problèmes de bruit réfléchi (bruit).

2.2 Lorsque le concepteur règle l'impédance caractéristique (Z0) de la ligne de transmission elle - même à 28 ohms, la résistance à la Terre (ZT) commandée par le terminal doit également être de 28 Ohms pour aider la ligne de transmission à maintenir Z0 et à stabiliser la valeur de conception de l'ensemble des 28 ohms. Ce n'est que dans ce cas d'adaptation où Z0 = ZT que la transmission du signal sera la plus efficace et que son "intégrité du signal" (terme spécialisé pour la qualité du signal) sera la meilleure.

3. Impédance caractéristique (impédance caractéristique)

3.1 lorsque l'onde carrée d'un signal se déplace vers l'avant dans la ligne de signal d'un ensemble de lignes de transmission avec un signal de tension positive de haut niveau, la couche de référence la plus proche de celle - ci (telle que la couche de terre) est théoriquement nécessaire. Un signal de tension négative induit par un champ électrique accompagne l'avant (égal au chemin de retour du signal de tension positive), complétant ainsi l'ensemble du système de boucle. Si le "signal" se propage vers l'avant et gèle son temps de vol pendant une courte période, vous pouvez imaginer l'impédance instantanée (impédance instantanée) que la ligne de signal, la couche diélectrique et la couche de référence connaîtront ensemble. C'est ce qu'on appelle "l'impédance caractéristique".

L '« impédance caractéristique » doit donc être liée à la largeur de ligne (w), à l'épaisseur de ligne (t), à l'épaisseur diélectrique (h) et à la constante diélectrique (DK) de la ligne de signal. La ligne microruban, l'une des lignes de transmission, a le diagramme suivant et la formule de calcul: [Note de l'auteur] la traduction correcte de DK (constante diélectrique) devrait être la constante diélectrique. Dans l'original... R devrait en fait être appelé « capacité relative » et « permittivité relative » est correcte. Ce dernier est un problème du point de vue des condensateurs à plaques métalliques parallèles. En raison de la proximité avec les faits, de nombreuses spécifications importantes (telles que IPC - 6012, IPC - 4101, IPC - 2141 et IEC - 326) ont été rebaptisées... R. Le e dans l'image originale est incorrect, il devrait être en lettres grecques (episolon).

3.2 conséquences d'une mauvaise adaptation d'impédance

Comme le terme original « impédance caractéristique » (Z0) pour les signaux à haute fréquence est long, il est souvent appelé « impédance ». Le lecteur doit être prudent, ce n'est pas exactement la même valeur d'impédance (z) qui apparaît dans un fil alternatif basse fréquence (60 Hz), et non dans une ligne de transmission. Dans les systèmes numériques, cette ligne de transmission de haute qualité réduira le bruit et évitera les erreurs de fonctionnement lorsque le Z0 de l'ensemble de la ligne de transmission peut être correctement géré et contrôlé dans une certaine plage (± 10% ou ± 5%). Cependant, lorsque l'une quelconque des quatre variables (W, T, H, r) de Z 0 Dans la ligne microruban décrite ci - dessus est anormale, par example l'écart dans la ligne de signal de la figure, le Z 0 d'origine va monter brusquement (voir le fait que Z 0 est inversement proportionnel à w ci - dessus) et ne peut pas continuer à maintenir la stabilité et l'uniformité (continue) qu'il mérite, l'énergie du signal va inévitablement progresser en partie, tandis que la réflexion de rebond partielle est manquante. De cette façon, le bruit et les pannes ne peuvent pas être évités. Le tuyau dans l'image ci - dessous a été soudainement piétiné par le fils de Yamazaki, provoquant des anomalies aux deux extrémités du tuyau, illustrant précisément le problème de mauvaise adaptation de l'impédance caractéristique ci - dessus.

3.3 mauvaise adaptation de l'impédance conduisant au bruit

Le rebond de l'énergie de certains des signaux mentionnés ci - dessus provoquera une déformation anormale immédiate du signal carré original de haute qualité (c'est - à - dire un dépassement vers le haut à un niveau élevé, un recul vers le bas à un niveau bas et une sonnerie subséquente des deux; pour plus de détails, voir Le numéro 13 des « condensateurs embarqués» des Proceedings of the American Institute of Patent and Electronic Engineers. Ce bruit à haute fréquence peut provoquer des pannes lorsqu'il est grave, et plus la vitesse d'impulsion est rapide, plus il y a de bruit et plus il est sujet aux erreurs.

4. Test d'impédance caractéristique

4.1 mesure du TDR

Il ressort de ce qui précède que les valeurs d'impédance caractéristique sur l'ensemble de la ligne de transmission doivent non seulement rester cohérentes, mais aussi être telles que leurs valeurs tombent dans les tolérances demandées par le concepteur. La méthode de mesure générale consiste à utiliser un réflectomètre temporel (TDR). Ce TDR peut générer une onde étagée (steppulse ou Step Wave) et l'envoyer dans la ligne de transmission à tester, devenant ainsi une onde incidente. Ainsi, lorsque la largeur de la ligne de signal change, des ondulations de la valeur Z0 ohm apparaissent également sur l'écran.

4.2 basse fréquence n'a pas besoin de mesurer Z0, haute vitesse utilisera TDR

Lorsque la longueur d'onde du signal carré (Lambda) dépasse de loin la longueur du circuit de la carte, il n'est pas nécessaire de prendre en compte les problèmes gênants dans les zones à grande vitesse, tels que la réflexion et le contrôle d'impédance. Par exemple, un processeur qui n'était pas rapide au début de 1989 n'était cadencé qu'à 10 MHz et n'aurait certainement pas de problèmes de transmission de signaux. Cependant, actuellement, la fréquence interne du Pentium 4. Jusqu'à 1,7 GHz, ce qui peut naturellement causer des problèmes. Comparé aux grandes différences du passé, ce n'est rien de plus qu'un morceau de ciel! Il ressort de la formule de forme d'onde que la longueur d'onde de l'onde carrée de 10 MHz décrite ci - dessus est:

Mais lorsque la fréquence d'horloge du chipset DRAM monte à 800 MHz, la longueur d'onde de son onde carrée est également réduite à 37,5 cm; Alors que le processeur P - 4 peut atteindre des vitesses allant jusqu'à 1,7 GHz et des longueurs d'onde aussi courtes que 17,6 cm, les fréquences externes transmises par sa carte mère PCB entre les deux ci - dessus seront également accélérées dans la gamme de longueurs d'onde de 400 MHz et 75 cm. On voit que les longueurs de lignes dans ces substrats encapsulés (substrats), voire sur la carte mère, ont atteint la longueur d'onde du signal. Bien sûr, il faut faire attention à l'effet de ligne de transmission et il faut également utiliser la mesure TDR.

4.3 TDR a une longue histoire

L'utilisation d'un réflectomètre temporel pour mesurer la valeur de l'impédance caractéristique (Z0) d'une ligne de transmission n'est pas nouvelle. Dans les premières années, il a été utilisé pour surveiller la sécurité des câbles sous - marins et a toujours été préoccupé par la question de savoir s'il y avait des problèmes de « déconnexion» avec la qualité de la transmission. Maintenant, il est progressivement appliqué dans le domaine des ordinateurs à haute vitesse et des communications à haute fréquence.

4.4 test TDR de la carte porteuse de CPU

Ces dernières années, la technologie d'emballage des ingrédients actifs a été constamment mise à jour et accélérée. Les soudures à double rangée C - Dip et P - Dip (PTH) des années 1970 ont presque disparu. Au cours des années 1980, les qfp (pieds saillants à quatre côtés) ou PLCC (pieds crochet à quatre côtés) pour trépieds en métal (porte - fil) ont été progressivement réduits des modèles HDI ou portables. Au lieu de cela, il s'agit d'un BGA ou d'un CSP, ou d'un LGA sans pattes, qui est la surface inférieure d'une feuille organique (matrice de zones). Même l'interconnexion d'une puce (CHIP) avec un support (substract) a évolué d'un collage par fil à une technologie plus courte et plus directe de "Flip Chip" (FC). La vitesse de charge dans l'industrie électronique a presque changé rapidement!

Hioki a lancé le "1109 hi tester" au jpca en juin 2001. Pour mesurer correctement le Z0 de la carte porteuse FC / PGA à transmission haute vitesse de 1,7 GHz, la sonde de vol n'est plus utilisée pour se déplacer rapidement. Le test tactile manuel TDR de type sonde SMA (type presse) a également été abandonné. Au lieu de cela, un câble fixe à courte distance haute fréquence est utilisé pour un positionnement précis avec un stylet haute fréquence fixe et un test automatique de haute précision est effectué au point où le décalage automatique de distance et la ligne de contact sont mesurés.

La surveillance du déplacement XY de la plate - forme via l'objectif de la caméra CCD, ainsi que la détection du point d'atterrissage dans la direction Z par le capteur d'altitude laser, ces doubles localisations et localisations de points, combinées à l'ajustement du stylet de contact rotatif, permettent d'éviter les répétitions. Les problèmes d'utilisation des câbles, connecteurs, interrupteurs, etc. traditionnels réduisent considérablement les erreurs de mesure TDR. Cela rend le "1109hitester" beaucoup plus précis que les autres méthodes pour mesurer Z0 sur une plaque de support encapsulé.

En effet, la combinaison de sondes utilise des groupes de sondes dans quatre directions (1 signal et 2 GNd dans chaque direction respectivement). Lorsque le CCD est surveillé et mesuré simultanément, les données sont bien sûr plus précises. Avec la correction automatique de la carte céramique de valeur standard, toute erreur causée par un changement de température peut également être minimisée.

4.5 précis et soigné

Ce nouveau 1109 peut non seulement prendre des mesures Z0 sur les CPU des cartes embarquées les plus haut de gamme, mais il peut également facilement prendre des mesures précises sur d'autres CSP, BGA, FC et bien plus encore. La taille à tester peut même être aussi petite que 10mm * 10mm et aussi grande que 500mm * 600mm, elle peut faire face à des changements drastiques. À l'avenir, l'industrie pourrait également exiger la mesure de Z0 sur des lignes de signal réelles autres que coupon. Cette technologie TDR difficile est actuellement en cours de développement.