PCB 기술 - 이해하기 쉬운 특성 임피던스 해석

추상적이고 복잡한 디지털 고속 논리 원리와 전송 라인에서 방파 신호를 전송하는 방법, 신호 무결성 (signal integrity) 을 보장하고 노이즈 (noise) 를 낮추어 오작동을 줄이는 방법 등 전문적인 표현을 간단한 생활 실례로 설명할 수 있다면그러나 이동이 아닌 수학 공식과 어려운 물리 언어를 많이 도입한다면 더 적은 노력이 필요하다면 초보자나 간섭자의 계몽과 축복이 더 효과적일 것이다.

그러나 많은 학부생 전공자, 심지어 행단에 있는 교사의 박사와 교수들은 자신이 아직 진정으로 이런 상황에 진입하지 못했는지, 왜 그런지도 모른다.혹은 그들은 고의로 자신이 알고 있는 것을 자랑하여 교육을 받은 사람을 위협하지만, 그들은 모르거나 두 가지 마음가짐을 가지고 있다!시장에는 대량의 서적과 정기간행물의 글이 있는데 그중 대다수는 영문을 모르는 것이다.예가 적다.그것은 정말 사람들로 하여금 안개 속에서 꽃을 보게 한다.그것을 이해하는 것은 정말 이상하다!

저자는 최근 전문 전기 테스트 회사 인 Nisho HIOKI가 제공하는 임피던스 제어에 대한 간략한 정보를 입수했습니다.내용은 일목요연하고 손에서 놓지 않을 정도로 작가가 오랫동안 추구해 온 경지라고 할 수 있다.홍콩건설회사 부총재 랴오펑잉과 원작자 야마자키 히로시와 그 상급자의 전폭적인 협조하에 나는 매우 기쁘게 원"문항건설"회사의 동의를 얻었다.김정준언과 다른 사람들이 이 글을 완성할 수 있게 되어 감사합니다.여러 선배와 수재들이 비슷한 정보를 많이 제공하여 학생 독자들에게 혜택을 주는 것을 환영합니다. 당신은 이 업계에서 매우 좋을 것입니다.

1. 신호 전송을 꽃으로 보는 호스

1.1 디지털 시스템의 다층판 신호선에서 방파 신호가 전송될 때 하나의 호스가 꽃에 물을 보내는 것으로 상상할 수 있다.한쪽 끝은 손잡이에 압력을 가하여 물기둥을 방출하고 다른 한쪽 끝은 수도꼭지에 연결한다.그립이 가하는 압력이 적당하고 물기둥의 사거리가 목표구역에 정확하게 분사될 때 주고 받는 것이 모두 기쁘고 임무가 원만히 완수될 것이다.이것은 편리한 작은 성과 아닙니까?

1.2 그러나 일단 물을 주입하는 과정이 너무 멀면 목표를 비우고 수자원을 낭비할 뿐만 아니라 심지어 수압이 너무 커서 발산할 곳이 없어 원천적으로 반등하여 호스가 수도꼭지에서 벗어날 수 있다!이번 임무는 실패했을 뿐만 아니라 큰 좌절이었다.얘는 가시도 많고 두부도 많아!

1.3 반대로 그립이 충분한 압박을 받지 않아 범위가 너무 가까워졌을 때 필요한 결과를 얻을 수 없다.너무 많은 것은 네가 원하는 것이 아니다.그것이 막 좋아졌을 때만이 모든 사람이 행복할 것이다.

1.4 이상의 간단한 생활 디테일은 방파신호(시그널)가 다층판 전송선(전송선, 신호선, 전매질층, 접지층으로 구성)에서 실행된다는 것을 설명하는 데 사용할 수 있다.신속한 배송이때 전송선 (일반적으로 동축 케이블, 마이크로밴드 또는 밴드 라인 등) 은 호스로 간주될 수 있으며, 그립은 보드의 수신단처럼 압력을 가합니다.(수신기) Gnd와 병렬된 저항기는 통용된다 (5가지 단말기 기술 중 하나이며, 자세한 설명은 제13기 TPCA Proceedings의 임베디드 저항기 개발 참조).이 옵션은 수신 엔드 어셈블리의 내부 요구사항과 일치하도록 끝점 특성 임피던스(Characteristic Impedance)를 조정하는 데 사용할 수 있습니다.

2. 송전선로 단말기 제어 기술(단말기)

2.1 위에서 볼 수 있듯이 신호가 전송선에서 전파되어 종점에 도달할 때 CPU나 Meomery와 같은 다른 크기의 IC와 같은 수신 컴포넌트에서 작동하려면 신호선 자체의 특성 임피던스가 되어야 합니다. 이 임피던스는 터미널 컴포넌트의 내부 전자 임피던스와 일치해야 합니다.이렇게 하면 임무가 헛되이 실패하지 않을 것이다.용어에서는 명령을 올바르게 실행하고 노이즈 간섭을 줄이며 오류 작업을 방지합니다.일단 그것들이 일치하지 않으면 약간의 에너지가"발사단"으로 반등하게 되는데 이는 반사소음 (noise) 의 번거로움을 초래하게 된다.

2.2 설계자가 송전선로 자체의 특성 임피던스(Z0)를 28옴으로 설정할 때 단말기가 제어하는 접지저항(Zt)도 28옴이어야 송전선로가 Z0을 유지하고 전체 28옴의 설계 값을 안정시킬 수 있다.Z0 = Zt의 이런 일치 상황에서만 신호 전송이 가장 효과적이고 그'신호 완전성'(신호 완전성, 신호 품질의 전용 용어)도 가장 좋다.

3. 특성 임피던스 (특성 임피던스)

3.1 신호의 방파가 전송선 구성 요소의 신호선에서 고전압 정압 신호와 함께 앞으로 이동할 때 이론적으로 그 참고층 (예를 들어 접지층) 에 가장 가까워야 한다. 전장 감응의 음압 신호는 앞으로 (정압 신호의 귀환 경로와 같다),전체 루프 시스템을 완료할 수 있습니다."신호" 가 앞으로 전파되고 짧은 시간 내에 그 비행 시간을 동결한다면, 신호선, 전매체 층 및 참조 층이 함께 겪게 될 순간 임피던스 (순간 임피던스) 를 상상할 수 있습니다.이것이 특성 임피던스입니다.

따라서 특성 임피던스는 신호선의 선가중치(w), 선 두께(t), 개전 두께(h) 및 개전 상수(Dk)와 관련이 있어야 합니다.전송선 중 하나인 마이크로밴드에는 다음과 같은 그래프와 계산 공식이 있습니다. [저자 주의] Dk (개전 상수) 의 정확한 번역은 개전 상수여야 합니다.원문에...r는 실제로'상대 개전 상수'라고 불러야 한다.'상대 개전 상수'가 맞다.후자는 평행 금속판 콘덴서의 관점에서 문제를 본다.IPC-6012, IPC-4101, IPC-2141 및 IEC-326과 같은 많은 중요한 사양의 이름이 사실에 더 가깝기 때문에...r。원래 그림의 E는 정확하지 않으며 그리스 문자 (Episolon) 여야 합니다.

3.2 임피던스 불량의 결과

고주파 신호의 원래 용어인 특성 임피던스 (Z0) 는 길기 때문에 일반적으로 임피던스라고 합니다.독자들은 이것이 전송선이 아닌 저주파 교류(60Hz) 도선에 나타나는 임피던스 값 (Z) 과 완전히 같지 않다는 것을 조심해야 한다.디지털 시스템에서 전체 송전선로의 Z0이 적절하게 관리되고 일정한 범위 (±10% 또는 ±5%) 내에서 제어될 때 이 고품질의 송전선로는 소음을 줄이고 오작동을 피할 수 있다.그러나 위의 마이크로밴드 라인에서 Z0의 네 가지 변수 (w, t, h, r) 중 하나라도 이상이 있을 때, 예를 들어 그림에서 신호선의 간격은 원시 Z0이 갑자기 상승할 것이다 (상식 Z0과 w가 반비례한다는 사실 참조). 그리고 응당한 안정성과 균일성 (연속) 을 계속 유지할 수 없다. 신호의 에너지는 불가피하게 부분적으로 전진할 것이다.반사의 일부가 누락되었습니다.이렇게 하면 소음과 고장을 피할 수 없다.아래 그림의 호스가 갑자기 야마사키의 아들에게 밟혀 호스 양쪽 끝에 이상이 생긴 것은 이 같은 특성 임피던스 일치 불량 문제를 설명하고 있다.

3.3 임피던스 일치 불량으로 인한 노이즈

상술한 일부 신호 에너지의 반등은 원시 고품질 방파 신호에 즉시 비정상적인 변형을 초래할 것이다 (즉, 높은 레벨의 상향 과격, 낮은 레벨의 하향 과격, 그리고 그 다음 두 개의 진동. 자세한 내용은 TPCA Proceedings Issue 13"Embedded Capacitors"를 참조하십시오).이런 고주파 소음은 심할 때 고장을 일으킬 수 있다. 펄스 속도가 빠를수록 소음이 커지고 오류가 발생하기 쉽다.

4. 특성 임피던스 테스트

4.1 TDR 측정

위에서 볼 수 있듯이 전체 전송선의 특성 임피던스 값은 일관성을 유지해야 할 뿐만 아니라 설계자가 요구하는 공차 범위 내에 그 값을 떨어뜨려야 한다.일반적인 측정 방법은 TDR(시간역반사계)을 사용하는 것입니다.이 TDR은 스텝펄스 (StepPulse 또는 step wave) 를 생성하고 테스트할 전송선에 전송하여 입사파 (incident wave) 가 될 수 있습니다.따라서 신호선의 폭이 변경되면 Z0 옴 값의 기복이 화면에 나타납니다.

4.2 저주파는 Z0을 측정할 필요가 없으며 고속은 TDR을 사용할 것이다

신호 방파 (lambda) 의 파장이 보드 회로의 길이를 훨씬 초과할 때 반사 및 임피던스 제어와 같은 고속 영역의 번거로운 문제를 고려할 필요가 없습니다.예를 들어, 1989년 초에 속도가 빠르지 않은 CPU의 클럭 주파수는 10MHz에 불과했기 때문에 당연히 신호 전송에 복잡한 문제가 없을 것이다.그러나 현재 펜티엄 4의 내부 주파수는최대 1.7GHz로 자연히 문제를 일으킬 수 있습니다.과거의 큰 차이에 비하면, 그것은 단지 하늘일 뿐이다!파형 공식에서 볼 수 있듯이, 위의 10MHz 방파의 파장은 다음과 같습니다.

그러나 D램 칩셋의 클럭 주파수가 800MHz로 상승하면 방파의 파장도 37.5cm로 단축됩니다.P-4 CPU의 속도는 최대 1.7GHz, 파장은 17.6cm로 짧기 때문에 PCB 마더보드가 상기 둘 사이에서 전송하는 외부 주파수도 400MHz와 75cm 파장의 범위까지 가속된다.이러한 패키징 기판 (기판) 의 선로 길이, 심지어 마더보드의 선로 길이가 신호 파장에 도달했음을 알 수 있다.물론 전송선 효과에 유의해야 하며 TDR 측정도 사용해야 합니다.

4.3 TDR의 역사

전송선의 특성 임피던스 (Z0) 값을 측정하기 위해 시간 도메인 반사계를 사용하는 것은 새로운 일이 아닙니다.일찍이 해저 케이블의 안전성을 모니터링하는 데 사용되었으며 전송 품질에"분리"문제가 있는지 항상 주시했습니다.현재 그것은 점차 고속 컴퓨터와 고주파 통신 분야에 응용되고 있다.

4.4 CPU 탑재판 TDR 테스트

최근 몇 년 동안 활성 성분의 포장 기술은 끊임없이 갱신되고 가속화되었다.1970년대의 C-DIP와 P-DIP 2열 콘센트 용접(PTH)은 거의 사라졌다.1980년대에는 금속 삼각대 (도선틀) 의 QFP (사각돌출발) 나 PLCC (사각갈고리발) 가 HDI 보드나 핸드헬드 모델에서 점차 줄어들었다.대신 BGA 또는 CSP 또는 다리가 없는 LGA이며 이는 유기 슬라이스 (영역 패턴) 의 바닥 표면입니다.심지어 칩 (chip) 과 캐리어 (Substract) 의 상호 연결도 지시선 결합에서 더 짧고 직접적인"거꾸로 장착 된 칩"(FC) 기술로 발전했습니다.전자 산업의 충전 속도는 거의 빠르게 변화했습니다!

Hioki는 2001년 6월 JPCA에서 "1109 Hi 테스터"를 출시했습니다.1.7GHz 고속 전송 FC/PGA 탑재판의 Z0을 정확하게 측정하기 위해 비행 프로브는 더 이상 빠른 이동에 사용되지 않습니다.SMA 프로브형 TDR 수동 터치 테스트(누름형)도 포기됐다.대신 고정 고주파 단거리 케이블을 사용하여 고정 고주파 터치바늘에 위치를 지정하고 자동 거리 오프셋 및 접촉선을 측정하는 지점에서 고정밀 자동 테스트를 수행합니다.

CCD 카메라 렌즈 모니터링 플랫폼의 XY 변위 및 레이저 높이 센서를 통해 Z 방향에서 낙하점을 감지합니다. 이러한 이중 정밀 위치와 점 찾기, 그리고 회전 가능한 접촉 펜의 조합으로 중복을 피할 수 있습니다.전통적인 케이블, 커넥터, 스위치 등을 사용하는 번거로움은 TDR 측정의 오차를 크게 줄였다.이렇게 하면 패키지된 캐리어 보드에서 Z0의 "1109HiTESTER" 측정이 다른 방법보다 훨씬 정확해집니다.

실제로 프로브 조합은 네 방향의 프로브 그룹(각 방향에 각각 1개의 신호와 2개의 Gnd)을 사용합니다.CCD가 동시에 모니터링하고 측정할 때 데이터는 당연히 더 정확합니다.표준치 세라믹 카드판의 자동 보정 아래 온도 변화로 인한 어떠한 오차도 최소화할 수 있다.

4.5 정확성

새로 출시된 이 1109는 최고급 패키징 보드의 CPU에서 Z0 측정은 물론 다른 고가의 CSP, BGA, FC 등을 쉽게 정밀하게 측정할 수 있다.테스트할 크기는 10mm * 10mm, 500mm * 600mm까지 작아 격렬한 변화에 대처할 수 있다.앞으로 이 업계는 Coupon 이외의 실제 신호선에 대해서도 Z0을 측정해야 할 것으로 보인다.이 어려운 TDR 기술은 현재 개발 중이다.