Công nghệ PCB - Giải thích trở kháng đặc tính dễ hiểu

Các nguyên tắc logic tốc độ cao trừu tượng và phức tạp của kỹ thuật số và cách truyền tín hiệu sóng vuông trong đường truyền và cách đảm bảo tính toàn vẹn tín hiệu của nó, giảm tiếng ồn của nó để giảm lỗi, v.v., nếu bạn có thể minh họa bằng các ví dụ đơn giản về cuộc sống, nhưng nếu bạn giới thiệu một loạt các công thức toán học và ngôn ngữ vật lý khó khăn thay vì di chuyển, thì sự giác ngộ và phước lành của người mới hoặc người can thiệp sẽ hiệu quả hơn với ít nỗ lực hơn.

Tuy nhiên, nhiều chuyên gia sinh viên đại học, thậm chí cả các bác sĩ và giáo sư giảng dạy tại Ambitan, không biết liệu họ có thực sự rơi vào tình trạng này hay tại sao không? Hoặc họ cố tình khoe khoang những gì họ biết để dọa những người có học thức, nhưng họ không biết, hoặc họ có hai trạng thái tâm trí! Có rất nhiều sách và bài báo trên tạp chí trên thị trường, hầu hết trong số đó là không thể giải thích được. Rất ít ví dụ. Nó thực sự làm cho người ta nhìn thấy hoa trong sương mù. Thật kỳ lạ khi hiểu nó!

Các tác giả gần đây đã có được thông tin ngắn gọn về kiểm soát trở kháng được cung cấp bởi công ty kiểm tra điện chuyên nghiệp Nisho HIOKI. Nội dung có thể nói là vừa xem hiểu ngay, làm cho người ta yêu thích không buông tay, là cảnh giới mà tác giả theo đuổi lâu dài. Với sự hỗ trợ mạnh mẽ của Liao Fengying, Phó Chủ tịch Công ty Xây dựng Hồng Kông, cũng như tác giả gốc Hiroshi Yamazaki và cấp trên của ông, tôi rất vui khi nhận được sự đồng ý của Công ty Xây dựng Văn Cảng ban đầu. Cảm ơn Toshihiko Kanai và những người khác đã hoàn thành bài viết này. Nhiều thông tin tương tự được chào đón bởi tất cả các học trưởng và sinh viên cao cấp vì lợi ích của độc giả sinh viên và bạn sẽ xuất sắc trong ngành.

1. Đối xử với truyền tín hiệu như một ống tưới hoa

1.1 Trong các đường tín hiệu bảng nhiều lớp của hệ thống kỹ thuật số, khi tín hiệu sóng vuông được truyền đi, có thể tưởng tượng như một ống dẫn nước đến một bông hoa. Một đầu được điều áp vào tay cầm để nó bắn ra khỏi cột nước và đầu kia được gắn vào vòi. Khi áp suất được áp dụng bởi tay cầm vừa vặn và tầm bắn của cột nước được phun chính xác vào khu vực mục tiêu, cả việc thực hiện và thụ sẽ rất vui và nhiệm vụ sẽ được hoàn thành tốt. Đó chẳng phải là một thành tựu nhỏ hay sao?

1.2 Tuy nhiên, một khi quá trình phun nước đã đi quá xa, nó sẽ không chỉ giải phóng mục tiêu và lãng phí tài nguyên nước, mà thậm chí có thể không thoát ra ở đâu do áp lực nước quá lớn, có thể nảy ra từ nguồn, khiến vòi thoát ra khỏi vòi! Nhiệm vụ này không chỉ thất bại mà còn là một thất bại lớn. Nó đầy gai và đầy đậu hũ!

1.3 Ngược lại, vẫn không thể đạt được kết quả mong muốn khi tay cầm không được ép đủ để đưa phạm vi quá gần. Quá nhiều không phải là những gì bạn muốn. Mọi người chỉ có thể hạnh phúc khi nó vừa vặn.

Các chi tiết cuộc sống đơn giản trên 1.4 có thể được sử dụng để chỉ ra rằng tín hiệu sóng vuông (Signal) được thực hiện trong một đường truyền bảng nhiều lớp (đường truyền, bao gồm đường tín hiệu, lớp điện môi và tầng nối đất). Giao hàng nhanh. Tại thời điểm này, một đường truyền (thường được gọi là cáp đồng trục, microband hoặc ribbon, v.v.) có thể được coi là một ống mềm và áp lực được áp dụng bởi ống kẹp giống như "đầu nhận" trên tấm. Điện trở (receiver) song song với Gnd là phổ quát (nó là một trong năm công nghệ thiết bị đầu cuối, xem bài viết "Phát triển điện trở nhúng" trong TPCA Proceedings, Issue 13) và có thể được sử dụng để điều chỉnh trở kháng đặc tính điểm cuối của nó (trở kháng đặc trưng) để phù hợp với các yêu cầu nội bộ của thành phần đầu thu.

2. Công nghệ điều khiển đầu cuối đường dây truyền tải (thiết bị đầu cuối)

2.1 Như bạn có thể thấy từ trên, "trở kháng đặc trưng" của chính đường tín hiệu phải là khi "tín hiệu" đi qua đường truyền và đạt đến điểm cuối, muốn làm việc trong các thành phần nhận như CPU hoặc IC có kích thước khác nhau như Meomery. Nó phải phù hợp với trở kháng điện tử bên trong của thành phần đầu cuối để nhiệm vụ không thất bại một cách vô ích. Trong thuật ngữ này, nó có nghĩa là thực hiện các hướng dẫn đúng cách, giảm nhiễu tiếng ồn và tránh hoạt động sai. Một khi chúng không phù hợp, một chút năng lượng sẽ bật trở lại "đầu phát", điều này sẽ gây ra vấn đề với tiếng ồn phản xạ (tiếng ồn).

2.2 Khi các nhà thiết kế đặt trở kháng đặc trưng (Z0) của đường truyền chính nó là 28 ohms, điện trở mặt đất (Zt) của điều khiển thiết bị đầu cuối cũng phải là 28 ohms để giúp đường truyền giữ Z0 và ổn định giá trị thiết kế của toàn bộ 28 ohms. Việc truyền tín hiệu sẽ chỉ hiệu quả nhất trong trường hợp kết hợp này với Z0=Zt, cũng như "tính toàn vẹn tín hiệu" của nó (tính toàn vẹn tín hiệu, thuật ngữ chuyên dụng về chất lượng tín hiệu).

3. Trở kháng đặc trưng (Trở kháng đặc trưng)

3.1 Khi sóng vuông của tín hiệu di chuyển về phía trước cùng với tín hiệu điện áp bình dương cao trong đường tín hiệu của thành phần đường truyền, về mặt lý thuyết cần có lớp tham chiếu gần nhất với nó (chẳng hạn như hình thành). Tín hiệu điện áp âm được cảm nhận bởi điện trường đi kèm với hướng về phía trước (bằng đường trở lại của tín hiệu điện áp dương), do đó hoàn thành toàn bộ hệ thống vòng lặp. Nếu "tín hiệu" di chuyển về phía trước và đóng băng thời gian bay của nó trong một khoảng thời gian ngắn, bạn có thể tưởng tượng trở kháng tức thời (trở kháng tức thời) mà các đường tín hiệu, lớp điện môi và lớp tham chiếu sẽ trải qua cùng nhau. Điều này được gọi là "trở kháng đặc trưng".

Do đó, "trở kháng đặc trưng" phải liên quan đến chiều rộng dòng (w), độ dày dòng (t), độ dày điện môi (h) và hằng số điện môi (Dk) của đường tín hiệu. Các đường vi băng, một trong những đường truyền, có biểu đồ và công thức tính toán sau: [Ghi chú của tác giả] Bản dịch chính xác của Dk (hằng số điện môi) phải là hằng số điện môi. Trong bản gốc... r thực sự nên được gọi là "điện dung tương đối" và "hằng số điện môi tương đối" là đúng. Cái sau là nhìn vấn đề từ góc độ tụ điện tấm kim loại song song. Do gần gũi hơn với thực tế, nhiều thông số kỹ thuật quan trọng (như IPC-6012, IPC-4101, IPC-2141 và IEC-326) đã được đổi tên thành... r。 Chữ E trong hình gốc là không chính xác, nó phải là chữ cái Hy Lạp (Episolon).

3.2 Hậu quả của kết hợp trở kháng kém

Vì thuật ngữ ban đầu "trở kháng đặc trưng" (Z0) cho tín hiệu tần số cao rất dài, nó thường được gọi là "trở kháng". Người đọc phải cẩn thận rằng điều này không hoàn toàn giống với giá trị trở kháng (Z) xuất hiện trong dây AC tần số thấp (60Hz) thay vì dây truyền. Trong các hệ thống kỹ thuật số, khi Z0 của toàn bộ đường truyền có thể được quản lý đúng cách và được kiểm soát trong một phạm vi nhất định (± 10% hoặc ± 5%), đường truyền chất lượng cao này sẽ giảm tiếng ồn và tránh hoạt động sai. Tuy nhiên, khi bất kỳ sự bất thường nào trong bốn biến số của Z0 (w, t, h, r) trong các đường vi băng nói trên, chẳng hạn như khoảng trống trong các đường tín hiệu trong biểu đồ, Z0 ban đầu sẽ tăng đột ngột (xem thực tế là Z0 trên tỷ lệ nghịch với w) và không thể tiếp tục ổn định và tính đồng nhất cần thiết (liên tục), năng lượng của tín hiệu chắc chắn sẽ chuyển tiếp một phần trong khi phản xạ bật lại một phần bị thiếu. Không có cách nào để tránh tiếng ồn và sự cố. Ống nước trong hình dưới đây đột nhiên bị con trai của Yamazaki giẫm lên, dẫn đến sự bất thường ở cả hai đầu của ống, minh họa cho vấn đề kết hợp trở kháng kém của các đặc tính trên.

3.3 Kết hợp trở kháng kém dẫn đến tiếng ồn

Sự phục hồi của một số năng lượng tín hiệu được mô tả ở trên sẽ dẫn đến biến dạng bất thường ngay lập tức của tín hiệu sóng vuông chất lượng cao ban đầu (tức là quá mức ở mức cao, giảm ở mức thấp và đổ chuông tiếp theo của cả hai; xem số 13 của "Embedded Capacitors" của Hiệp hội các bằng sáng chế và kỹ sư điện tử Hoa Kỳ để biết chi tiết). Tiếng ồn tần số cao này có thể gây ra sự cố khi nghiêm trọng, tốc độ xung càng nhanh, tiếng ồn càng nhiều, càng dễ bị lỗi.

4. Kiểm tra trở kháng đặc trưng

4.1 Đo lường TDR

Như bạn có thể thấy ở trên, các giá trị trở kháng đặc trưng trong toàn bộ đường truyền không chỉ phải duy trì tính nhất quán mà còn phải làm cho giá trị của chúng nằm trong dung sai mà nhà thiết kế yêu cầu. Phương pháp đo phổ biến là sử dụng đồng hồ đo phản xạ miền thời gian (TDR). TDR này có thể tạo ra sóng bước (stepPulse hoặc step wave) và gửi nó đến đường truyền được kiểm tra, do đó trở thành sóng tới (incident wave). Do đó, khi chiều rộng của đường tín hiệu thay đổi, những thăng trầm của giá trị Z0 Ohm cũng xuất hiện trên màn hình.

4.2 Tần số thấp không cần đo Z0, tốc độ cao sẽ sử dụng TDR

Khi bước sóng của sóng vuông tín hiệu (lambda) vượt xa chiều dài của mạch, các vấn đề rắc rối ở các vùng tốc độ cao, chẳng hạn như phản xạ và điều khiển trở kháng, không cần phải xem xét. Ví dụ, CPU không nhanh vào đầu năm 1989 có xung nhịp 10 MHz và chắc chắn sẽ không gặp vấn đề phức tạp khi truyền tín hiệu. Tuy nhiên, tần số bên trong hiện tại của Pentium 4. Lên đến 1,7 GHz, điều này tự nhiên gây ra vấn đề. So với những khác biệt lớn trong quá khứ, nó chỉ là một bầu trời! Như bạn có thể thấy từ công thức dạng sóng, bước sóng của sóng vuông 10 MHz nêu trên là:

Nhưng khi tần số xung nhịp của chipset DRAM tăng lên 800 MHz, bước sóng của sóng vuông của nó cũng giảm xuống 37,5 cm; Trong khi CPU P-4 có tốc độ lên tới 1,7 GHz và bước sóng ngắn tới 17,6 cm, do đó, tần số bên ngoài của bo mạch chủ PCB truyền giữa hai bên trên cũng sẽ tăng tốc lên phạm vi bước sóng 400 MHz và 75 cm. Nó có thể được nhìn thấy rằng chiều dài dòng trong các chất nền gói (chất nền) và thậm chí chiều dài dòng trên bo mạch chủ đã đạt đến bước sóng tín hiệu. Tất nhiên, phải chú ý đến hiệu ứng đường truyền và cũng phải đo bằng TDR.

4.3 TDR có lịch sử lâu đời

Việc sử dụng máy đo miền thời gian để đo giá trị trở kháng đặc trưng (Z0) của đường truyền không phải là mới. Trong những năm đầu, nó đã được sử dụng để theo dõi sự an toàn của cáp dưới biển và luôn quan tâm đến việc liệu có vấn đề "ngắt kết nối" với chất lượng truyền tải hay không. Bây giờ nó dần dần được áp dụng trong lĩnh vực máy tính tốc độ cao và truyền thông tần số cao.

4.4 Kiểm tra TDR tấm mang CPU

Trong những năm gần đây, công nghệ đóng gói của các thành phần hoạt tính đã được cập nhật và tăng tốc liên tục. C-DIP và P-DIP Double Row Socket Welding (PTH) từ những năm 1970 đã gần như biến mất. Trong những năm 1980, QFP (chân nhô ra bốn cạnh) hoặc PLCC (chân móc bốn cạnh) cho chân máy kim loại (giá đỡ dây) đã được giảm dần từ bảng HDI hoặc các mô hình cầm tay. Thay vào đó, nó là BGA hoặc CSP, hoặc LGA không có chân, đó là bề mặt dưới của tấm hữu cơ (mảng khu vực). Ngay cả việc kết nối chip với tàu sân bay (Substract) đã phát triển từ liên kết dẫn đến công nghệ "chip đảo ngược" (FC) ngắn hơn và trực tiếp hơn. Tốc độ sạc của ngành công nghiệp điện tử gần như đã thay đổi nhanh chóng!

Hioki giới thiệu "1109 Hi Tester" tại JPCA vào tháng 6 năm 2001. Để đo chính xác Z0 của tàu sân bay FC/PGA truyền tốc độ cao 1,7 GHz, đầu dò bay không còn được sử dụng để di chuyển nhanh. SMA Probe Type TDR Manual Touch Test (Press Type) cũng bị bỏ rơi. Thay vào đó, sử dụng cáp ngắn tần số cao cố định để xác định vị trí chính xác với kim tiếp xúc tần số cao cố định và thử nghiệm tự động với độ chính xác cao tại điểm đo độ lệch khoảng cách tự động và đường tiếp xúc.

Giám sát sự dịch chuyển XY của nền tảng thông qua ống kính máy ảnh CCD, cũng như cảm biến độ cao laser phát hiện điểm hạ cánh theo hướng Z, những vị trí và điểm tìm kiếm chính xác kép này, kết hợp với sự phù hợp của bút tiếp xúc xoay, có thể tránh lặp lại. Những rắc rối với việc sử dụng cáp truyền thống, đầu nối, công tắc, v.v., làm giảm đáng kể lỗi trong phép đo TDR. Điều này làm cho "1109HiTESTER" đo Z0 trên bảng vận chuyển gói chính xác hơn nhiều so với các phương pháp khác.

Trên thực tế, các kết hợp thăm dò sử dụng các nhóm thăm dò theo bốn hướng (mỗi hướng có 1 tín hiệu và 2 Gnd tương ứng). Dữ liệu chắc chắn sẽ chính xác hơn khi CCD được theo dõi và đo cùng một lúc. Bất kỳ lỗi nào gây ra bởi sự thay đổi nhiệt độ cũng có thể được giảm thiểu dưới sự điều chỉnh tự động của tấm thẻ gốm có giá trị tiêu chuẩn.

4.5 Chính xác và gọn gàng

1109 mới này không chỉ thực hiện các phép đo Z0 trên CPU của bo mạch đóng gói cao cấp nhất, mà còn dễ dàng thực hiện các phép đo chính xác cho các CSP giá cao khác, BGA, FC và hơn thế nữa. Kích thước để kiểm tra thậm chí có thể nhỏ như 10mm * 10mm và lớn như 500mm * 600mm, nó có thể đối phó với những thay đổi mạnh mẽ. Trong tương lai, ngành công nghiệp cũng có thể yêu cầu đo Z0 trên các đường tín hiệu thực tế bên ngoài Coupon. Công nghệ TDR khó khăn này hiện đang được phát triển.