Teknik PCB - Penjelasan yang mudah untuk dipahami tentang keterlaluan karakteristik

Prinsip logik kelajuan tinggi digital abstrak dan kompleks, dan bagaimana untuk menghantar isyarat gelombang kuasa dua dalam garis pemindahan, dan bagaimana untuk memastikan integriti isyaratnya (Integriti Isyarat), mengurangkan bunyi (Bunyi) untuk mengurangkan kesalahan operasi dan ungkapan profesional lain, jika anda boleh menggunakan contoh hidup sederhana digunakan untuk memperlihatkan, Tetapi jika and a membawa sekumpulan formula matematik dan bahasa fizikal sukar selain dari bergerak, pencerahan dan berkat awal atau intervensi akan lebih efektif jika kurang usaha diperlukan.

Bagaimanapun, ramai profesional mahasiswa, bahkan doktor dan profesor yang guru-guru mereka berada di Xingtan, tidak tahu jika mereka belum benar-benar memasuki situasi dan tidak tahu mengapa? Atau mereka dengan sengaja menunjukkan apa yang mereka ketahui untuk menakutkan orang-orang yang berpendidikan, tetapi mereka tidak mengetahui, atau mereka berdua mempunyai fikiran! Ada banyak buku dan artikel jurnal di pasar, dan kebanyakan mereka tidak dapat dijelaskan. Ada beberapa contoh. Ia benar-benar membuat orang melihat bunga dalam kabut. Aneh untuk memahaminya!

Penulis baru-baru ini mendapat maklumat pemberitahuan mengenai kawalan impedance, yang diberikan oleh Nissho HIOKI, syarikat ujian elektrik profesional. Kandungan ini boleh dikatakan dapat dipahami pada pandangan, yang membuat orang menyukainya. Ini adalah kerajaan yang penulis telah mengejar selama masa yang lama. Saya gembira dengan persetujuan syarikat "Wen Kong Construction" asal, dengan bantuan kuat dari Wakil Presiden syarikat pembinaan Hong Kong Liao Fengying, serta penulis asal Hiroshi Yamazaki dan atasannya. Terima kasih kepada Toshihiko Kanai dan yang lain kerana dapat menyelesaikan artikel ini. Dan selamat datang semua senior dan pelajar maju untuk memberikan banyak maklumat yang sama untuk memberi manfaat kepada pelajar pembaca, dan and a akan sangat baik dalam industri.

1. Perlakukan penghantaran isyarat sebagai selang untuk air bunga

1.1 Dalam papan berbilang lapisan garis isyarat sistem digital, apabila isyarat gelombang kuasa dua dihantar, ia boleh dibayangkan sebagai selang untuk menghantar air ke bunga. Satu hujung ditekan dalam pegangan tangan untuk membuatnya menembak keluar lajur air, dan hujung yang lain tersambung ke faucet. Apabila tekanan yang dilakukan oleh tabung pegangan adalah benar, dan julat lajur air disembelih dengan betul di kawasan sasaran, kedua-dua pemberian dan penerimaan akan gembira dan misi akan berjaya selesai. Bukankah itu sukses kecil yang berguna?

1.2 Bagaimanapun, selepas proses suntikan air terlalu jauh, ia tidak hanya akan kosongkan sasaran dan sumber air sampah, tetapi bahkan mungkin tidak mempunyai tempat untuk melepaskan diri disebabkan tekanan air yang kuat, sehingga ia boleh kembali dari sumber dan menyebabkan selang memecahkan diri dari faucet! Bukan sahaja misi gagal, ia juga sangat frustrasi. Ia begitu menjijikkan dan penuh dengan kacang curd!

1.3 Sebaliknya, apabila pegangan tidak cukup ditekan untuk membuat julat terlalu dekat, hasil yang diinginkan masih tidak akan dicapai. Terlalu banyak bukan apa yang anda mahu. Hanya apabila ia betul semua orang boleh bahagia.

1.4 Perincian hidup sederhana di atas boleh digunakan untuk menunjukkan bahawa isyarat gelombang kuasa dua (Gelombang kuasa dua) dilakukan dalam garis penghantaran papan berbilang lapisan (garis penghantaran, yang terdiri dari garis isyarat, lapisan dielektrik, dan lapisan tanah). Penghantaran cepat. Pada masa ini, garis penghantaran (biasanya dikenali sebagai Kabel Koaksial, Garis Microstrip atau Garis Strip, dll.) boleh dianggap sebagai selang, dan tekanan yang dilaksanakan oleh tabung memegang adalah seperti "penghantaran akhir" di papan. (Penerima) Penegang yang disambung secara selari dengan Gnd adalah umum (ia adalah salah satu dari lima teknologi terminal, sila rujuk kepada artikel "Pembangunan Penegang Terlibat" dalam isu ke-13 Proceedings TPCA untuk keterangan terperinci), - yang boleh digunakan untuk menyesuaikan titik akhirnya Impedansi Karakteristik (Impedansi Karakteristik) untuk sepadan dengan keperluan dalaman komponen akhir yang menerima.

2. Teknologi kawalan terminal garis penghantaran (Termination)

2.1 Dari atas boleh dilihat bahawa apabila "isyarat" berjalan dalam garis penghantaran dan mencapai titik akhir dan mahu bekerja dalam unsur penerima (seperti CPU atau Meomery dan ICs lain dari saiz berbeza), "keterangan" garis isyarat sendiri mestilah ia sepadan dengan keterangan elektronik dalaman unsur terminal, Supaya tugas itu tidak gagal sia-sia. Dalam terminologi, ia bermaksud untuk melaksanakan arahan dengan betul, mengurangi gangguan bunyi, dan menghindari tindakan yang salah. "Setelah mereka gagal saling bertentangan, akan ada sedikit tenaga melompat kembali ke "hujung penghantaran", yang akan menyebabkan kesulitan suara refleksi (Bunyi).

2.2 Apabila pengendalian karakteristik (Z0) garis penghantaran sendiri ditetapkan sebagai 28 ohm oleh perancang, pengendali pendaratan (Zt) kawalan terminal juga mesti 28 ohm, untuk membantu garis penghantaran untuk menjaga Z0 dan stabilkan keseluruhan nilai perancangan 28 ohm. Hanya dalam situasi yang sepadan ini Z0=Zt, penghantaran isyarat akan menjadi yang paling efisien, dan "integriti isyaratnya" (integriti isyarat, istilah istimewa untuk kualiti isyarat) juga adalah yang terbaik.

3. Impedasi Karakteristik (Impedasi Karakteristik)

3.1 Apabila gelombang kuasa dua isyarat bergerak ke hadapan dengan isyarat tekanan positif tahap tinggi dalam garis isyarat bagi kumpulan garis penghantaran, lapisan rujukan (seperti lapisan tanah) yang paling dekat dengannya secara teori diperlukan isyarat tekanan negatif yang disebabkan oleh medan listrik mengantar ke hadapan (sama dengan laluan kembali isyarat tekanan positif), - supaya sistem gelung keseluruhan boleh selesai. Jika "isyarat" berjalan ke hadapan dan membekukan masa penerbangannya untuk masa singkat, and a boleh bayangkan impedance seketika (Impedance Seketika) yang garis isyarat, lapisan dielektrik, dan lapisan rujukan akan mengalami bersama-sama. Ini yang disebut "Impedansi Karakteristik".

Oleh itu, "keterangan keterangan" patut berkaitan dengan lebar garis (w), tebal garis (t), tebal dielektrik (h) dan konstan dielektrik (Dk) garis isyarat. Garis microstrip, salah satu garis penghantaran, mempunyai diagram dan formula pengiraan berikut: [Perhatian kepada penulis] Terjemahan yang betul Dk (Konstant Dielektrik) sepatutnya konstant dielektrik. Dalam teks asal... r sepatutnya dipanggil "kapasitas relatif" "Permititi relatif" betul. Yang terakhir adalah untuk melihat perkara dari sudut pandang kapasitor plat logam paralel. Kerana ia lebih dekat dengan fakta, banyak spesifikasi penting (seperti IPC-6012, IPC-4101, IPC-2141 dan IEC-326) telah dinamakan semula... r dalam tahun-tahun terakhir. Dan E dalam gambar asal adalah salah, ia sepatutnya huruf Yunani (Episolon).

3.2 Konsekuensi persamaan penghalang yang buruk

Kerana istilah asal "impedance karakteristik" (Z0) bagi isyarat frekuensi tinggi sangat panjang, ia biasanya disebut sebagai "impedance". Pembaca mesti berhati-hati, ini tidak sama dengan nilai impedance (Z) yang muncul dalam wayar frekuensi rendah AC (60Hz) (bukan garis transmisi). Dalam sistem digital, apabila Z0 bagi seluruh garis penghantaran boleh dikendalikan dengan betul, dan jika ia dikendalikan dalam julat tertentu (±10% atau ±5%), garis penghantaran kualiti tinggi ini akan mengurangkan bunyi dan menghindari kesalahan operasi. Bagaimanapun, apabila mana-mana satu dari empat pembolehubah (w, t, h, r) Z0 dalam garis garis micro-garis di a t as abnormal, seperti ruang dalam garis isyarat dalam figur, Z0 asal akan naik secara tiba-tiba (lihat formula di atas Fakta bahawa Z0 adalah secara bertentangan dengan W), dan tidak boleh terus menyimpan kestabilan dan keseluruhan yang sepatutnya (Teruskan), tenaga isyarat akan terus maju sebahagian, Sementara sebahagian refleksi rebound hilang. Dengan cara ini, bunyi dan kerosakan tidak dapat dihindari. Selang dalam gambar di bawah tiba-tiba dilangkah pada oleh anak Yamazaki, menyebabkan abnormaliti di kedua-dua hujung selang, yang hanya memperlihatkan masalah yang disebut di atas yang tidak sepadan karakteristik cacat impedance.

3.3 Pertandingan impedance yang buruk menyebabkan bunyi

Balasan semula sebahagian daripada tenaga isyarat yang disebut di atas akan menyebabkan isyarat gelombang kualiti kualiti kualiti kuasa dua asal tidak normal segera (iaitu, Overshot of the high level up, Undershot of the low level down, and the subsequent Ringing of the two; details See also TPCA Proceedings Issue 13 "Embedded Capacitors"). Bunyi frekuensi tinggi ini boleh menyebabkan kerosakan apabila ia adalah berat, dan semakin cepat kelajuan denyutan, semakin banyak bunyi dan semakin mudah ia membuat kesalahan.

4. Ujian impedance karakteristik

4.1 Keukuran dengan TDR

Ia boleh dilihat dari atas bahawa nilai impedance karakteristik dalam garis transmisi keseluruhan tidak hanya perlu menyimpan keseluruhan, tetapi juga membuat nilainya jatuh dalam julat toleransi yang diperlukan oleh perancang. Kaedah pengukuran umum adalah untuk menggunakan Reflektometri Domain Masa (TDR). TDR ini boleh menghasilkan gelombang langkah (StepPulse atau Step Wave) dan menghantarnya ke dalam garis transmisi untuk diuji untuk menjadi gelombang insiden (Incident Wave). Oleh itu, apabila lebar garis isyarat berubah, naik dan turun nilai Z0 ohm juga akan muncul pada skrin.

4.2 Frekuensi rendah tidak perlu mengukur Z0, kelajuan tinggi akan menggunakan TDR

Apabila panjang gelombang gelombang kuasa dua isyarat (lambda) jauh melebihi panjang sirkuit papan, tidak perlu mempertimbangkan masalah-masalah dalam kawasan kelajuan tinggi seperti refleksi dan kawalan impedance. Contohnya, CPU yang tidak cepat pada awal 1989 mempunyai kadar jam hanya 10MHz, dan tentu saja tidak akan ada masalah rumit dalam penghantaran isyarat. Namun, frekuensi dalaman Pentium 4 semasa. adalah setinggi 1.7GHz, yang secara alami akan menyebabkan masalah. Berbanding dengan perbezaan besar di masa lalu, ia tidak lain hanyalah langit! Dari formula gelombang, kita boleh lihat panjang gelombang gelombang 10MHz kuasa dua yang disebut di atas ialah:

Tetapi apabila kadar jam chipset DRAM telah meningkat kepada 800MHz, panjang gelombang gelombang kuasa dua juga akan dikurangi kepada 37.5cm; dan kelajuan CPU P-4 ialah 1.7GHz dan panjang gelombang lebih pendek kepada 17.6cm, jadi papan induknya PCB Frekuensi luar yang dihantar antara kedua-dua di atas juga akan dipantar ke alam panjang gelombang 400MHz dan 75cm. Ia boleh dilihat bahawa panjang baris dalam substrat pakej (substrat), dan bahkan panjang baris pada papan ibu, telah mencapai panjang gelombang isyarat. Sudah tentu, kesan garis penghantaran mesti diperhatikan, dan pengukuran TDR juga mesti digunakan.

4.3 TDR mempunyai sejarah yang panjang

Mengguna reflektometer domain masa untuk mengukur nilai impedance karakteristik (Z0) bagi garis penghantaran bukanlah perkara baru. Pada tahun awal, ia digunakan untuk mengawasi keselamatan kabel kapal selam, dan sentiasa memperhatikan sama ada ada ada masalah "putus sambungan" dalam kualiti penghantaran. Sekarang ia secara perlahan-lahan digunakan dalam medan komputer kelajuan tinggi dan komunikasi frekuensi tinggi.

4.4 Ujian TDR papan pembawa CPU

Teknologi pakej komponen aktif telah terus-menerus diubahsuai dan dipercepat dalam tahun-tahun terakhir. Tentera soket dua baris C-DIP dan P-DIP (PTH) pada tahun 1970-an hampir hilang. Pada tahun 1980-an, QFP (kaki empat belakang) atau PLCC (kaki ganja empat belakang) dari tripod logam (Bingkai Lead) telah secara perlahan-lahan menurun dari papan HDI atau model yang ditahan tangan. Sebaliknya, ia adalah BGA atau CSP, atau LGA tanpa kaki, yang merupakan permukaan bawah helaian organik (Area Array). Walaupun sambungan cip (Chip) dengan pembawa (Substrat) telah maju dari ikatan wayar ke teknologi "flip chip" (FC) yang lebih pendek dan langsung. Kelajuan muatan industri elektronik hampir berubah dengan cepat!

Hioki melancarkan "1109 Hi Tester" di JPCA pada bulan Jun 2001. Untuk mengukur Z0 papan pembawa kelajuan tinggi FC/PGA 1.7GHz dengan betul, sonda terbang tidak lagi digunakan untuk pergerakan cepat. Ujian sentuhan manual TDR jenis sonda SMA (Jenis Tekan) juga ditinggalkan. Sebaliknya, kabel jarak pendek frekuensi tinggi tertentu digunakan untuk posisi tepat dengan gaya frekuensi tinggi tertentu, dan ujian automatik ketepatan tinggi dilakukan pada titik dimana pergerakan jarak automatik dan garis kenalan hendak diukur. .

Dengan pemindahan XY bagi platform pengawasan lensa kamera CCD, dan sensor tinggi laser yang memeriksa titik jatuh dalam arah Z, kedudukan tepat dua ini dan penemuan titik, ditambah dengan kerjasama gaya kenalan boleh putar, boleh menghindari pengulangan. Masalah menggunakan kabel tradisional, sambungan, dan tukar, dll., mengurangkan ralat pengukuran TDR. Ini telah membuat pengukuran "1109HiTESTER" Z0 pada papan pembawa pakej jauh lebih tepat daripada kaedah lain.

Bahkan, kombinasi sond menggunakan set sond empat arah (setiap arah mempunyai 1 Isyarat dan 2 Gnd berdasarkan itu). Apabila CCD memantau dan mengukur pada masa yang sama, data akan lebih tepat. Dan mana-mana ralat disebabkan oleh perubahan suhu juga boleh dikurangkan dibawah penyesuaian automatik papan kad keramik nilai piawai.

4.5 Tepat dan bersih

Ini baru dilancarkan 1109 tidak hanya boleh melakukan pengukuran Z0 pada CPU papan pembawa pakej yang paling tinggi, tetapi juga melakukan pengukuran tepat pada CSP, BGA, FC, dll. dengan mudah. Saiz yang hendak diuji boleh menjadi sebanyak 10mm*10mm, kepada 500 mm*600mm besar, dan ia boleh menghadapi perubahan drastik. Dalam masa depan, industri juga mungkin memerlukan pengukuran Z0 untuk garis isyarat sebenar selain Coupon. Teknologi TDR sukar ini kini sedang dikembangkan.