PCB 뉴스 - PCB 시간 도메인 인터럽트 측정 방법

PCB 품질 검증의 시역 인터럽트 측정 방법 PCB 품질 검증 시역 인터럽트 측정법 분석 본고는 인터럽트의 구성을 논의하고 Tektronix의 TDS8000B 시리즈 샘플링 오실로스코프 또는 CSA8000B 시리즈 통신 신호 분석기를 사용하여 단면 PCB에서 인터럽트를 측정하는 방법을 독자에게 보여줍니다.디지털 시스템이 통신, 비디오, 네트워크 및 컴퓨터 기술 분야에서 점점 더 빠르게 발전함에 따라 인쇄 회로 기판의 품질에 대한 요구도 점점 높아지고 있습니다.신호 주파수의 증가와 펄스 상승 시간의 단축에 직면하여 초기 PCB 설계는 시스템 성능과 작업 요구를 보장할 수 없었다.현재 PCB 설계에서는 PCB와 해당 구성 요소 (에지 커넥터, 마이크로밴드 및 구성 요소 소켓) 를 모델링하기 위해 전송선 이론을 사용해야 합니다.PCB 인터럽트의 형태, 메커니즘 및 결과를 충분히 이해하고 해당 기술을 사용하여 인터럽트를 최대한 억제해야만 PCB를 포함한 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.이 글은 주로 PCB 설계에 초점을 맞추고 있지만 이 글에서 논의한 내용도 케이블과 커넥터의 특성과 같은 다른 응용에 도움이 될 것이라고 믿습니다.

교란의 가능한 결과

PCB 설계자가 시리얼에 관심을 갖는 이유는 시리얼이 다음과 같은 성능 문제를 초래할 수 있기 때문입니다.

> 노이즈 레벨 상승,

> 유해한 가시,

> 데이터 에지 디더링,

> 예기치 않은 신호 반사.

이러한 문제 중 어느 것이 PCB 설계에 영향을 미치는지는 보드에 사용되는 논리적 회로의 특성, 보드 설계, 직렬 모드 (역방향 또는 양방향), 간섭선 및 간섭선 양쪽의 종료 조건 등 여러 요소에 따라 결정됩니다.아래에 제공된 정보는 독자들이 교란에 대한 이해와 연구를 심화시켜 교란이 디자인에 미치는 영향을 줄일 수 있도록 도와준다.

교란하는 연구 방법

PCB 설계에서 직렬 간섭을 최소화하기 위해서는 내결함성과 감지 사이의 균형을 찾고 PCB의 제조 가능성이 전송선 임피던스를 잘 제어해야 하기 때문에 정격 임피던스 값에 도달하기 위해 노력해야 합니다.보드 설계가 완료되면 보드의 구성 요소, 커넥터 및 종단 연결 방법에 따라 회로 성능에 큰 영향을 미치는 직렬 교란 유형이 결정됩니다.시역 측정 방법을 사용하여 변곡점 주파수를 계산하고 PCB Crosstalk on PCB 모델을 이해하여 설계자가 Crosstalk 분석의 경계 범위를 설정하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

시간 측정 방법

직렬 교란을 측정하고 분석하기 위해 주파수 영역 기술을 사용하여 스펙트럼에서 클럭의 고조파 분량과 이러한 고조파 주파수에서 최대 EMI 간의 관계를 관찰할 수 있습니다.그러나 디지털 신호 가장자리의 시역 측정 (신호 레벨의 10% 에서 90% 로 상승하는 데 걸리는 시간) 도 간섭을 측정하고 분석하는 수단이다. 시역 측정은 디지털 신호 가장자리의 변화 속도나 상승 시간은 신호의 각 주파수 분량의 높이를 직접 반영한다. 따라서신호 가장자리에 의해 정의된 신호 속도 (즉, 상승 시간) 도 직렬 교란의 메커니즘을 밝히는 데 도움을 줄 수 있다.상승 시간은 전환점 주파수를 계산하는 데 직접 사용할 수 있다.이 문서에서는 상승 시간 측정 방법을 사용하여 간섭을 해석하고 측정합니다.

변곡점 주파수

디지털 시스템이 안정적으로 작동할 수 있도록 설계자는 회로 설계가 전환점 주파수 이하의 성능을 연구하고 검증해야 한다.디지털 신호의 주파수 영역 분석에 따르면 변곡점 주파수보다 높은 신호는 감쇠되기 때문에 교란에 실질적인 영향을 미치지 않으며, 변곡점 주파수보다 낮은 주파수의 신호에 포함된 에너지는 회로의 조작에 충분히 영향을 미친다.변곡점 주파수는 다음 공식을 통해 계산됩니다.

Fknee=0.5/trise

PCB 직렬 교란 모델

이 절에서 제시된 모델은 서로 다른 형태의 인터럽트를 연구하는 데 플랫폼을 제공하고 두 마이크로밴드 선 사이의 상호 저항이 어떻게 PCB 보드의 인터럽트를 초래하는지 설명한다.

상호 저항은 두 개의 흔적선을 따라 고르게 분포한다.디지털 게이트 회로가 교란선에 상승선을 보내면 교란이 발생하고 교란이 흔적선을 따라 전파됩니다.

1.상호 커패시터 Cm 및 상호 감지 Lm 모두 전압을 인접한 간섭 회로로 결합하거나"직렬"합니다.

2.직렬 교란 전압은 너비가 간섭선의 상승 시간과 같은 좁은 펄스의 형태로 피간섭선에 나타난다.

3. 간섭된 선로에서 간섭 펄스는 둘로 나뉘어 두 반대 방향으로 전파되기 시작한다.이것은 간섭을 두 부분으로 나눈다. 원시 간섭 펄스 전파 방향을 따라 전파되는 순방향 간섭과 신호원과 반대 방향으로 전파되는 역방향 간섭이다.

직렬 교란 유형 및 결합 메커니즘

위에서 논의한 모델에 따라 다음은 직렬 교란의 결합 메커니즘을 소개하고 전방향과 역방향 두 가지 유형의 직렬 교란을 토론할 것이다.

커패시터 결합 메커니즘

회로의 상호 커패시터로 인한 간섭 메커니즘:

> 간섭선의 펄스가 콘덴서에 도달하면 좁은 펄스가 콘덴서를 통해 간섭선에 결합됩니다.

> 결합 펄스의 폭은 상호 용량의 크기에 따라 결정됩니다.

> 그런 다음 결합 펄스가 둘로 나뉘어 두 반대 방향으로 간섭선을 따라 전파되기 시작합니다.

인덕션 또는 변압기 결합 장치

회로의 상호 감응은 다음과 같은 간섭을 일으킬 수 있습니다.

> 간섭선에서 전파되는 펄스는 전류 피크가 나타나는 다음 위치를 충전합니다.

> 이 전류의 최고봉은 자기장을 발생시킨 다음 방해된 선로에서 전류의 최고봉을 감지한다.

> 변압기는 방해되는 선로에서 두 개의 극성이 상반되는 전압 첨봉을 생성한다: 음의 첨봉은 정방향으로 전파되고, 정첨봉은 역방향으로 전파된다.

역방향 인터럽트

상술한 모형으로 인한 용량과 전감 결합 직렬 교란 전압은 교란된 선로의 직렬 교란 위치에서 추가 효과를 발생시킬 것이다.이로 인해 발생하는 역방향 트리에는 다음과 같은 특성이 포함됩니다.

> 역방향 간섭은 동일한 극성을 가진 두 펄스의 합계입니다.

> 간섭 위치가 간섭 펄스의 가장자리를 따라 전파되기 때문에 역방향 간섭은 간섭된 선로의 원단에서 저전평, 광펄스 신호로 나타나며 그 너비와 흔적선 길이 사이에 대응 관계가 있다.

> 반사 간섭의 폭은 간섭선의 펄스 상승 시간과 무관하지만 상호 임피던스 값에 따라 다릅니다.

순방향 인터럽트

다시 말해야 할 것은 커패시터와 센싱 결합 인터럽트 전압이 인터럽트 회로의 인터럽트 위치에 누적된다는 것이다.전방 트리에는 다음과 같은 특성이 있습니다.

> 양수 간섭은 두 역극성 펄스의 합계입니다.극성이 반대이기 때문에 결과는 용량과 전감의 상대값에 달려 있다.

> 전방향 간섭은 간섭된 선로의 끝에서 너비가 간섭된 펄스 상승 시간과 같은 좁은 첨봉으로 나타납니다.

> 전방향 간섭은 간섭 펄스의 상승 시간에 따라 달라집니다.상승 가장자리가 빠를수록 진폭은 높아지고 너비는 좁아진다.

> 전방향 간섭의 폭도 쌍의 길이에 따라 달라집니다. 간섭의 위치가 간섭 펄스의 가장자리를 따라 전파됨에 따라 간섭선의 전방향 간섭 펄스는 더 많은 에너지를 얻을 수 있습니다.

직렬 교란 특성

이 섹션에서는 여러 개의 단일 계층 PCB 측정 예제를 사용하여 시리얼의 생성 메커니즘과 위에서 설명한 몇 가지 유형의 시리얼을 연구합니다.

참고: 다중 계층 PCB 및 접지 평면의 간섭 문제와 결과에 익숙해지려면 이 문서의 끝에 있는 참고 자료 또는 기타 리소스를 읽으십시오.

기기 및 설정

실험실에서 효과적으로 인터럽트를 측정하기 위해서는 측정 대역폭이 20GHz인 광대역 오실로스코프를 사용해야 하며, 고품질의 펄스 발생기는 측정된 회로를 구동하기 위해 상승 시간이 오실로스코프의 상승 시간과 같은 펄스를 출력해야 한다.이와 동시에 고품질의 케이블, 단접저항기 및 어댑터는 측정된 PCB를 련결하는데 사용된다.

80E04 전자 샘플링 모듈은 Tektronix 8000B 시리즈 기기에 장착되어 있으며 직렬 교란을 성공적으로 측정하는 데 이상적인 기기 조합입니다.80E04는 TDR 스텝 전압 발생기를 포함한 이중 채널 샘플링 모듈로, 상승 시간이 17ps인 250mv의 좁은 펄스를 생성할 수 있으며, 출력 소스 임피던스는 50옴이다.테스터는 테스트할 PCB를 연결하기만 하면 됩니다.

전방향 간섭 측정

양의 직렬 교란만 측정하는 경우 반사를 제거하기 위해 모든 경로를 종료해야 합니다.단자가 잘 연결되어 있는 간섭받는 도선의 끝에서 양의 직렬 간섭을 측정해야 한다.

만약 상호 감각이 상호 커패시터 결합의 직렬 교란보다 크다면, 직렬 교란 펄스는 간섭 펄스의 상승 가장자리에서 마이너스여야 하며, 너비는 간섭 펄스의 하락 시간과 같아야 한다.그림의 기기는 48.45mV의 음펄스(C4)를 보여준다. 간섭 펄스 폭은 250mV로 직렬 교란 폭이 50mV에 가깝기 때문에 간섭 펄스의 빠른 속도는 간섭 대상 선로를 따라 20% 직렬 교란을 일으킨다.

80E04의 입력 단계 전압은 측정 과정에서 매우 빠른 모서리를 가지기 때문에 얻은 직렬 교란이 너무 크며 실제 논리 회로의 구동 신호를 대표할 수 없다.예를 들어, 구동 신호가 1.5ns CMOS 그리드에서 나오는 경우 더 넓고 더 작은 폭의 인터럽트 펄스가 생성됩니다.측정이 이를 반영하도록 계측기의 Define Math 함수를 사용하여 신호를 캡처한 후 로우 패스 필터를 추가할 수 있습니다.그림 7의 M1 파형(흰색)은 필터링 후 측정 결과를 제공합니다.M1은 필터링되지 않은 파형보다 수직 방향에서 10배 더 민감합니다.

신호 캡처 후 로우 패스 필터 효과가 회선에 연결된 간섭 펄스의 물리적 필터 효과와 동일하다는 것은 수학적 분석에서 입증되었지만 다음 단계는 더 설득력이 있습니다.

> 빠른 속도와 느린 속도의 두 상승 모서리와 동일한 진폭의 간섭 펄스로 인한 간섭을 측정합니다.

> 그런 다음 로우 패스 필터를 통해 상승 속도가 빠른 간섭 펄스로 인한 간섭을 상승 속도가 느린 간섭 펄스로 인한 간섭으로 변경하고 최종 검사 결과를 확인합니다.

> $파형(R2)은 느린 가장자리 간섭 펄스이고 빨간색 파형(R3)은 그로 인해 발생하는 직렬 간섭입니다.

> 녹색 파형은 빠른 가장자리 TDR 펄스(R1)이고 흰색 파형(R4)은 그로 인한 직렬 교란이다.

> 파란색 파형은 흰색 파형을 필터링한 후 펄스의 상승선을 늦추어 얻은 파형이며 직렬 교란에 대한 후 필터링의 결과를 나타냅니다.그림에 표시된 빨간색과 파란색 직렬 교란 파형은 같은 전압 표도에 표시됩니다.

역방향 간섭을 한 번 측정할 때는 반사를 제거하기 위해 50옴의 저항기로 간섭선과 피간섭선을 종료해야 한다.간섭을 받는 선로의 왼쪽 끝에서 측정해야 한다.반사 펄스의 진폭은 매우 낮고, 너비는 선로 길이의 두 배이다. 왜냐하면 흔적선 말단의 교란은 반드시 흔적선의 원단으로 전송해야 하기 때문이다.역방향 간섭 측정에서 빠른 가장자리 간섭 펄스에서 발생하는 간섭은 대략??mV, 간섭 펄스 진폭의 4%에 해당한다.역방향 간섭의 폭은 간섭 펄스의 상승 시간과 무관하다.아래의 두 파형은 필터링 후 느린 가장자리 펄스로 인한 간섭과 빠른 가장자리 펄스로 인한 간섭이다.이들의 진폭은 모두 6.5mV다. 흔적선의 길이와 간섭 펄스의 상승 시간 사이의 차이는 느린 가장자리 펄스에서 발생하는 역방향 직렬 교란 진폭을 더 작게 만든다.

이때 펄스를 방해하는 상승 시간이 흔적선의 선로 길이보다 길기 때문에 펄스가 흔적선 방향을 따라 흔적선의 원단을 전송할 때 펄스 가장자리는 아직 폭의 최고치에 이르지 못했다.그림 11은 200ps 상승 시간 발생기(DG2040)와 80E04 샘플링 모듈의 17ps 발생기의 출력이 간섭 펄스로 사용될 때 얻은 간섭 측정 결과를 보여준다.그림에 표시된 세 개의 직렬 교란 파형은 모두 5mV/div의 전압 측정을 사용한다.

이 가운데 흰색 파형은 상승시간이 17ps인 간섭펄스가 필터링(후필터링)을 거쳐 상승시간이 200ps인 후까지 발생한 간섭의 결과다. 간섭펄스의 상승시간이 흔적선의 길이를 초과하지 않는 한 상승시간은 역방향 간섭에 영향을 주지 않는다는 것이 이들 측정으로 확인됐다.또한 간섭 펄스의 상승 시간이 흔적선의 길이를 초과하면 발생하는 역방향 교란 폭은 비교적 작다. 왜냐하면 이런 상황에서 펄스 가장자리가 전체 흔적선을 통과한 후에도 펄스 가장자리가 피크 폭에 도달할 수 없기 때문이다.