Notizie PCB - Diversi metodi di misurazione della perdita del segnale della linea di trasmissione PCB

1, la prefazione

L'integrità del segnale del circuito stampato è un argomento caldo negli ultimi anni, ci sono stati molti rapporti di ricerca nazionali sui fattori di influenza dell'analisi dell'integrità del segnale PCB, ma lo stato della tecnologia di test di perdita del segnale è raramente introdotto.

La perdita del segnale della linea di trasmissione PCB proviene dalla perdita del conduttore e dalla perdita dielettrica dei materiali ed è anche influenzata dalla resistenza della lamina di rame, dalla rugosità della lamina di rame, dalla perdita di radiazione, dal disallineamento di impedenza, dal crosstalk e da altri fattori. Nella catena di fornitura, l'indice di accettazione della fabbrica espressa CCL e PCB adotta la costante dielettrica e la perdita dielettrica. L'indice tra l'impianto espresso PCB e il terminale adotta solitamente impedenza e perdita di inserzione.

Per la progettazione e l'applicazione di PCB ad alta velocità, come misurare la perdita di segnale della linea di trasmissione PCB in modo rapido ed efficace è di grande importanza per l'impostazione dei parametri di progettazione PCB, il debug di simulazione e il controllo del processo di produzione.

2. Situazione attuale della tecnologia di prova della perdita di inserzione PCB

Attualmente, i metodi di misurazione della perdita di segnale PCB utilizzati nel settore sono classificati dagli strumenti utilizzati, che possono essere suddivisi in due categorie: dominio temporale o frequenza. Lo strumento di test del dominio temporale è Time DomainReflectometria (TDR) o Time Domain Transmission (TDT). Lo strumento di test del dominio di frequenza è Vector Network Analyzer (VNA). Nella specifica di prova ipC-TM650, sono raccomandati cinque metodi di prova per la misurazione della perdita del segnale PCB: metodo di dominio di frequenza, metodo di larghezza di banda efficace, metodo di energia dell'impulso radice, metodo di propagazione dell'impulso corto, metodo di perdita differenziale TDR a singolo terminale.

2.1 il metodo del dominio di frequenza

Il metodo di dominio di frequenza utilizza principalmente l'analizzatore di rete vettoriale per misurare il parametro S della linea di trasmissione, legge direttamente il valore di perdita di inserzione e quindi utilizza la pendenza di adattamento della perdita media di inserzione per misurare il passaggio / fallimento della piastra in una gamma di frequenza specifica (ad esempio, 1 GHz ~ 5 GHz).

La differenza di precisione di misura del metodo di dominio di frequenza proviene principalmente dal metodo di calibrazione. Secondo diversi metodi di taratura, può essere suddiviso in SLOT (short-line-open-thru), TRL multi-line (thru-reflect-line) ed Ecal (calibrazione elettronica), ecc.

SLOT è solitamente considerato un metodo di taratura standard [5], un totale di 12 parametri del modello di taratura di errore, il modo di taratura SLOT è determinato dalle parti di taratura, l'alta taratura è fornita dal produttore dell'apparecchiatura di misura, ma la taratura è costosa e generalmente si applica solo all'ambiente coassiale, la calibrazione richiede tempo e con l'aumento del numero e della crescita geometrica.

Il TRL multi-linea è utilizzato principalmente per misure di taratura non coassiale [6]. I componenti di taratura TRL sono progettati e realizzati in base ai materiali della linea di trasmissione e alle frequenze di prova utilizzate dagli utenti. Sebbene TRL multi-linea sia più facile da progettare e produrre rispetto a SLOT, anche il tempo di calibrazione di TRL multi-linea aumenta geometricamente man mano che aumenta il numero di estremità di misura.

Per risolvere il problema della taratura che richiede tempo, i produttori di apparecchiature di misura hanno introdotto il metodo di taratura elettronica Ecal [7]. Ecal è uno standard di trasmissione e la taratura è determinata principalmente dalle parti di taratura originali. Nel frattempo, la stabilità del cavo di prova, la ripetibilità del dispositivo di prova e l'algoritmo di interpolazione della frequenza di prova hanno anche un impatto sulla prova. Generalmente, la superficie di riferimento viene prima calibrata all'estremità del cavo di prova con un pezzo di calibrazione elettronica e quindi la lunghezza del cavo del dispositivo viene compensata incorporandolo.

Prendendo ad esempio la perdita di inserimento della linea di trasmissione differenziale, il confronto dei tre metodi di taratura è illustrato nella tabella 1.

2.2 Metodo efficace della larghezza di banda

?? La larghezza di banda effettiva (EBW) è una misura rigorosamente qualitativa della perdita della linea di trasmissione α. Non fornisce un valore quantitativo della perdita di inserzione, ma un parametro chiamato EBW. Il metodo della larghezza di banda effettiva consiste nel trasmettere il segnale di passo di uno specifico tempo di salita alla linea di trasmissione attraverso TDR e misurare la pendenza del tempo di salita dopo il collegamento tra lo strumento TDR e la parte testata, che è determinato come fattore di perdita, in MV/s. Determina piuttosto un fattore di perdita totale relativo che può essere utilizzato per identificare i cambiamenti nella perdita della linea di trasmissione da superficie a superficie o strato a strato [8]. Poiché la pendenza può essere misurata direttamente dallo strumento, il metodo di larghezza di banda efficace è spesso utilizzato per i test di produzione di massa dei circuiti stampati.

2.3 Metodo energetico dell'impulso radicale

?? Il metodo Root ImPulse Energy (RIE) utilizza solitamente gli strumenti TDR per ottenere la forma d'onda TDR rispettivamente della linea di perdita di riferimento e della linea di trasmissione della prova e quindi conduce l'elaborazione del segnale sulla forma d'onda TDR.

2.4 Metodo di propagazione a impulsi brevi

Il principio della prova di propagazione a impulsi brevi (SPP) consiste nel misurare due linee di trasmissione di lunghezze diverse, quali 30 mm e 100 mm, ed estrarre il coefficiente di attenuazione dei parametri e la costante di fase misurando la differenza tra le due linee di trasmissione. Questo approccio riduce al minimo l'impatto di connettori, cavi, sonde e oscilloscopi. Con strumenti TDR ad alte prestazioni e Impulse Forming Network (IFN), la frequenza di prova può arrivare fino a 40 GHz.

2.5 Metodo di perdita differenziale TDR monoterminale

Il metodo TDRto Differential Loss (SET2DIL) è diverso dal metodo VNA Differential Loss a 4 porte. La risposta del passo TDR è trasmessa alla linea di trasmissione differenziale e le estremità della linea di trasmissione differenziale sono cortocircuiti. La gamma tipica di frequenza di misura del metodo SET2DIL è di 2 GHz ~ 12 GHz e la precisione di misura è influenzata principalmente dal ritardo incoerente del cavo di prova e dalla disallineazione di impedenza delle parti testate. Il metodo SET2DIL ha il vantaggio di non dover utilizzare costosi VNA a 4 porte e i suoi componenti di taratura, e la lunghezza della linea di trasmissione dei componenti testati è solo la metà di quella del metodo VNA. I componenti di taratura hanno una struttura semplice e anche il tempo di taratura è notevolmente ridotto, quindi è molto adatto per i test batch della produzione di PCB.

3. Attrezzatura di prova e risultati delle prove

Il bordo di prova SET2DIL, il bordo di prova SPP e il bordo di prova Multi-line TRL sono stati fabbricati dal CCL con la costante dielettrica 3,8, perdita dielettrica 0,008 e foglio di rame RTF rispettivamente. L'apparecchiatura di prova è l'oscilloscopio di campionamento DSA8300 e l'analizzatore di rete vettoriale E5071C; I risultati delle prove relative alla perdita differenziale di inserimento di ciascun metodo sono riportati nella tabella 2.

4, note finali

Questo documento introduce principalmente diversi metodi di misura della perdita del segnale della linea di trasmissione PCB. Poiché i metodi di prova utilizzati sono diversi, anche i valori di perdita di inserzione misurati sono diversi e i risultati del test non possono essere confrontati direttamente orizzontalmente. Pertanto, è necessario scegliere la tecnologia appropriata della prova di perdita del segnale secondo i vantaggi e le limitazioni di vari metodi tecnici e le loro esigenze.