Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Testtechnologie in High-Speed PCB Board Interconnect Design
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Testtechnologie in High-Speed PCB Board Interconnect Design

2022-06-13
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Author:pcb

Hochgeschwindigkeit Leiterplatte Interconnect Design Technologie beinhaltet Tests, Simulation, und verschiedene verwandte Normen, bei der Prüfung eine Methode und ein Mittel zur Überprüfung der Ergebnisse verschiedener Simulationsanalysen ist. Die wichtigsten Prüfmethoden und -mittel sind die notwendigen Voraussetzungen, um die Analyse des Verbindungsdesigns sicherzustellen. Für herkömmliche Signalwellenformtests, Das Hauptanliegen ist die Länge der Sondenleitungen, um unnötige Geräusche zu vermeiden, die durch Pigtail verursacht werden. In diesem Beitrag wird vor allem die neue Anwendung und Entwicklung von Interconnect-Testtechnologie diskutiert.. In den letzten Jahren, mit der kontinuierlichen Verbesserung der Signalrate, das Prüfobjekt hat erhebliche Veränderungen erfahren. Es ist nicht mehr auf die traditionelle Verwendung von Oszilloskopen zum Testen von Signalwellenformen beschränkt. Erdgeräusche der Stromversorgung, synchronous switching noise (SSN), and Jitter (Jitter) have gradually become The focus of interconnect design engineers, Einige Instrumente im HF-Bereich wurden für das Verbindungsdesign angewendet. Zu den in der Verbindungskonstruktion häufig verwendeten Testinstrumenten gehören Spektrumanalysatoren, Netzwerkanalysatoren, Oszilloskope, und die verschiedenen Sonden und Vorrichtungen, die von diesen Instrumenten verwendet werden, die sich erheblich verändert haben, um den ständig steigenden Signalraten gerecht zu werden. Verwendung dieser Prüfinstrumente als Werkzeuge, Dieser Beitrag stellt vor allem die Entwicklung der Interconnect Design Testtechnologie in den letzten Jahren unter folgenden Aspekten vor:

1) Die Kalibriermethode der Prüfung

2) Modellierungsverfahren für passive Geräte

3) Prüfung der Leistungsintegrität

4) Prüfmethode des Taktsignaljitters

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Unter den drei allgemein verwendeten Testinstrumenten ist die Kalibriermethode des Netzwerkanalysators streng, gefolgt vom Spektrumanalysator, und die Kalibriermethode des Oszilloskops ist einfach. Daher diskutieren wir hier hauptsächlich die Kalibriermethode des Netzwerkanalysators. Es gibt drei gängige Kalibriermethoden für Netzwerkanalysatoren, Durch, TRL und SOLT. Die Essenz von Thru ist Normalisierung. Während der Kalibrierung zeichnet der Netzwerkanalysator das Testergebnis der Vorrichtung auf (S21_C). Teilen Sie im eigentlichen Test direkt das Testergebnis (S21_M) und S21_C, um das Testergebnis des Prüflings (S21_A) zu erhalten. Durch die Kalibrierung werden Reflexionen, die durch Fehlanpassungen in der Prüfvorrichtung verursacht werden, sowie eine elektromagnetische Kopplung im Raum ignoriert und somit deren Kalibriergenauigkeit. Diese Kalibriermethode kann verwendet werden, wenn nur S21 geprüft wird und die Prüfgenauigkeit nicht erforderlich ist. In nicht-koaxialen Strukturen wie Leiterplatten ist es manchmal notwendig, die Eigenschaften von Leiterbahnen, Durchkontaktierungen, Steckverbindern usw. zu testen. In diesem Fall stellt der Testinstrumentlieferant keine Standardkalibrierungsteile zur Verfügung, und es ist schwierig für Tester, einen guten offenen Stromkreis, Kurzschlüsse, passende Last und andere Kalibrierungsteile am Testkalibrierungsport herzustellen. Eine herkömmliche SOLT-Kalibrierung kann daher nicht durchgeführt werden. Der Vorteil der Kalibrierung mit TRL besteht darin, dass keine Standardkalibrierungsstücke erforderlich sind und der Prüfkalibrierungsport an die gewünschte Stelle erweitert werden kann. Derzeit ist TRL-Kalibrierung weit verbreitet in der PCB-Leiterplattenstrukturprüfung. SOLT wird allgemein als Standardkalibrierungsmethode angesehen. Es gibt insgesamt zwölf Kalibrierfehlerparameter im Kalibriermodell, und verschiedene Fehler werden kalibriert und berechnet, indem Kurzschluss, offener Kreis, Last und Durchgang verwendet werden. Da Testgeräteanbieter in der Regel nur koaxiale Kalibrierungsteile liefern, kann das SOLT Kalibrierungsverfahren nicht in nichtkoaxialen Strukturen eingesetzt werden. Die oben genannten drei Kalibriermethoden können alle detailliert mit Hilfe des Signalflussgraphen analysiert werden, in dem jeder Fehlerparameter entsprechende Parameter im Signalflussgraphen aufweist. Durch das Signalflussdiagramm kann die Fehlerempfindlichkeit verschiedener Kalibriermethoden klar verstanden werden, um den Fehlerbereich des tatsächlichen Tests zu verstehen. Hier sei darauf hingewiesen, dass selbst die Standard-SOLT-Kalibriermethode fünf Fehlerparameter im Kalibriermodell ignoriert. In der Regel haben diese fünf Fehlerparameter keinen Einfluss auf die Kalibriergenauigkeit. Wenn Sie jedoch während des Gebrauchs nicht auf das Design der Kalibriervorrichtung achten, wird es ein Phänomen geben, das nicht kalibriert werden kann. Der Spektrumanalysator stellt eine Standardquelle für die Kalibrierung zur Verfügung. Während der Kalibrierung müssen Sie nur die interne Standardquelle über eine Prüfvorrichtung mit dem Eingangsport verbinden. Die Kalibrierung dauert etwa zehn Minuten. Die Kalibrierung des Oszilloskops ist noch einfacher. Schließen Sie die Sonde an die interne Standardquelle an und bestätigen Sie sie. Die Kalibrierung dauert etwa eine Minute.


Testen und Modellieren von passiven Geräten

Mit der kontinuierlichen Erhöhung der Signalrate gewinnt die Rolle passiver Geräte in der Signalkette immer mehr an Bedeutung. Die Genauigkeit der Simulationsanalyse der Systemleistung hängt oft von der Modellgenauigkeit von passiven Geräten ab. Das Testen und Modellieren von passiven Komponenten ist daher allmählich ein wichtiger Bestandteil des Verbindungsdesigns verschiedener Ausrüstungslieferanten geworden. Häufig verwendete passive Geräte sind wie folgt:

1) Steckverbinder

2) Leiterplatte traces and Durchkontaktierungen

3) Kondensator

4) Induktivität (magnetische Perlen)

Bei Hochgeschwindigkeitssignalintegritätsdesigns ist der Einfluss von Steckern auf die Signalverbindung. Bei häufig verwendeten Hochgeschwindigkeits-Steckverbindern ist es üblich, eine Kalibriervorrichtung nach dem TRL-Kalibrierverfahren herzustellen und den Stecker für die Simulationsanalyse zu testen und zu modellieren. Die Testmodellierungsmethode von Leiterplatten-Leiterbahnen und Durchkontaktierungen ähnelt derjenigen von Steckverbindern. Die TRL-Kalibrierung wird auch verwendet, um den Testport in die gewünschte Position zu bewegen, und dann wird die Testmodellierung durchgeführt.


Leistungsimpedanz-Kenntabelle einer einzelnen Platine

Kapazitätsmodelle finden Anwendung in der Signalintegritätsanalyse und noch wichtiger in der Leistungsintegritätsanalyse. Die häufig verwendeten Kapazitätsmodellierungsinstrumente in der Industrie sind Impedanzanalysatoren und Netzwerkanalysatoren, die für unterschiedliche Frequenzbänder geeignet sind. Impedanzanalysatoren eignen sich für Niederfrequenzbänder und Netzwerkanalysatoren für Hochfrequenzbänder. Wenn ein Netzwerkanalysator für die Prüfung der Leistungsintegrität im eigentlichen Test verwendet wird, wird empfohlen, den Netzwerkanalysator im gesamten Frequenzband der Kapazitätsmodellierung zu verwenden, um die Konsistenz der Modellierung und Anwendung zu gewährleisten. Aufgrund der geringen Impedanz von Kondensatoren wird häufig Parallelisierung bei der Modellierung mit einem Netzwerkanalysator verwendet. Das Problem, das derzeit in der Kapazitätsmodellierung in der Industrie nicht gelöst wurde, ist, wie die gegenseitige Kopplung zwischen der Vorrichtung und der Kapazität beseitigt werden kann, um den Einfluss der Vorrichtung auf die Modellierungsergebnisse zu reduzieren. Im traditionellen Netzteildesign werden Induktivitäten (Magnetkugeln) häufig verwendet, um das Netzteil zu isolieren, um Störeinflüsse zu reduzieren. Im eigentlichen Design wird oft die Isolationsinduktivität (magnetische Wulst) entfernt und stattdessen das Rauschen der Stromversorgung reduziert. Dies liegt an der Resonanz des Induktors (Magnetperle) mit anderen Filterkomponenten. Um dies zu vermeiden, ist es notwendig, die Induktivität (magnetische Perle) zu modellieren und zu simulieren, um Resonanz zu vermeiden. Die in der Industrie übliche Induktivitätsmodellmethode (magnetische Perle) verwendet auch einen Netzwerkanalysator. Die spezifische Methode ähnelt derjenigen der Kapazitätsmodellierung. Der Unterschied besteht darin, dass die Induktivitätsmodellmethode (magnetische Perle) im Reihenmodus und die Kapazitätsmodellmethode im Parallelmodus ist. Die Modellierung der oben genannten passiven Geräte wird hauptsächlich in der Signalintegrität und Leistungsintegrität verwendet. In den letzten Jahren entwickelt sich die Simulationsanalyse von EMI allmählich weiter, und die Testmodellierung von EMI passiven Geräten ist allmählich zum Fokus des Interconnect Designs geworden. Abbildung 1 zeigt die Impedanzkurve des Kondensators.


Prüfung der Netzintegrität

Mit der kontinuierlichen Erhöhung der Chipleistung und der kontinuierlichen Verringerung der Betriebsspannung ist das Rauschen der Stromversorgung allmählich zum Gegenstand der Sorge bei der Zusammenschaltungsplanung geworden. Aus der Perspektive des Prüfobjekts kann der Leistungsintegritätstest in zwei Schritte unterteilt werden, den Leistungssystemcharakteristiktest und den Leistungsgrundrauschtest. Ersteres ist ein Test der Leistung des Stromversorgungsteils des Systems (passiver Test), letzteres ist ein direkter Test des Stromversorgungsgeräusches (aktiver Test), wenn das System arbeitet, und das synchrone Schaltgeräusch kann auch als Stromversorgungsgeräusch klassifiziert werden. Beim Testen der Leistung des Stromsystems wird in der Regel ein Netzwerkanalysator verwendet, und das Testobjekt ist die Selbstimpedanz und Transferimpedanz des Stromsystems. Unter normalen Umständen ist die Impedanz des Stromsystems viel kleiner als die Impedanz des Netzwerkanalysatorsystems (50 Ohms), so dass es nur notwendig ist, die Durchlaufkalibrierung während des Tests durchzuführen, und die Impedanz des Stromsystems kann durch Verwendung der Formel S21=Z/25 erhalten werden. Ein Spektrumanalysator und ein Oszilloskop können verwendet werden, um das Erdgeräusch der Stromversorgung zu testen. Der Eingangsport des Spektrumanalysators kann nicht mit der DC-Komponente verbunden werden. Daher muss bei der Prüfung des Erdgeräusches der Stromversorgung DC-Blocking in Reihe in die Prüfvorrichtung geschaltet werden. Die Eingangsimpedanz des Spektrumanalysators beträgt 50 Ohms, und die Impedanz des Energie-Erdungsnetzes ist im Allgemeinen auf dem Milliohm-Niveau, so dass die Testvorrichtung das zu testende System nicht beeinflusst. Die oben beschriebenen Methoden sind, das Erdgeräusch der Stromversorgung auf der einzelnen Platine zu testen, und das Erdgeräusch der Stromversorgung im Chip beeinflusst den Betrieb des Chips wirklich. Zu diesem Zeitpunkt ist es notwendig, den synchronen Schaltrauschtest zu verwenden, um das Stromversorgungsgeräusch im Chip zu bestimmen. Angenommen, der Chip hat N IO Ports, einer von ihnen wird statisch gehalten, und der andere N-1 wird gleichzeitig umgedreht, und die Signalwellenform im statischen Netzwerk wird getestet, das heißt, das synchrone Schaltrauschen. Synchrones Schaltrauschen umfasst sowohl Erdgeräusche der Stromversorgung als auch Übersprechen zwischen verschiedenen Signalen im Gehäuse. Es gibt derzeit keine Möglichkeit, die beiden vollständig zu unterscheiden.


Oszilloskop Eingangsimpedanz ändert sich mit Einstellungen

In einigen High-End-Produkten ist Jitter allmählich zu einem wichtigen Indikator geworden, der die Produktleistung beeinflusst. Hier stellen wir Ihnen nur kurz vor, wie Sie mit einem Spektrumanalysator Taktsignaljitter testen und Probleme beheben können. Der Jittertest von Datensignalen wird vorerst nicht abgedeckt. In den meisten Systemen wird die Uhr durch einen Kristalloszillator oder eine phasenverriegelte Schleife erzeugt. Der Jittertest des Taktsignals ist relativ einfach und erfordert keine High-End-Prüfgeräte. Das Problem kann mit einem gemeinsamen Spektrumanalysator lokalisiert werden. Das Spektrum eines idealen Taktsignals ist ein sauberes diskretes Spektrum mit Komponenten nur bei Vielfachen der Taktfrequenz. Wenn es einen Jitter im Taktsignal gibt, erscheinen Seitenlappen in der Nähe dieser Multiplikatoren, und die Jitter-Größe ist proportional zur Leistung dieser Seitenlappen. Die spezifische Methode zur Verwendung eines Spektrumanalysators, um Taktjitter zu testen, besteht darin, jeden prüfbaren Punkt auf der Taktsignalkette zu finden, das Signal an diesem Punkt durch DC-Blocking mit dem Spektrumanalysator zu verbinden und die Testergebnisse zu beobachten. Da es sich bei der Prüfvorrichtung um ein lineares System handelt, müssen Sie sich keine Gedanken über die Erzeugung neuer Spektralkomponenten machen. Wie oben erwähnt, werden die Uhren alle durch Kristalloszillatoren oder phasenverriegelte Schleifen erzeugt. Ein wichtiger Grund für die Einführung des Taktjitters ist in diesem Fall das Spannungsrauschen von Kristalloszillatoren oder phasenverriegelten Schleifen. Mit dem oben beschriebenen Verfahren, um das Stromversorgungsgeräusch des erhaltenen Kristalloszillators oder phasenverriegelter Schleife zu testen und es mit den Seitenkolben im Taktspektrum zu vergleichen, kann grundsätzlich die Ursache des Taktjitters ermittelt werden. Die Lösung für das Problem besteht darin, die Filterschaltung des Kristalloszillators der phasenverriegelten Schleife entsprechend den Seitenkolben des Taktspektrums neu zu gestalten. Im Allgemeinen können diese Probleme durch vernünftige Auswahl des Filterkondensators gelöst werden.


Dieser Beitrag stellt kurz die aktuellen Testobjekte und Testmethoden im Bereich Interconnect Design vor. Mit steigenden Signalraten, neue Testinhalte entstehen, einschließlich Erdschall, passive Gerätemodellierung, jitter, und mehr. Der Autor schlägt eine Testmethode für diese neuen Testinhalte vor, basierend auf seiner eigenen Arbeitserfahrung. Im traditionellen Signalwellenformtest, Die Hauptüberlegung sollte sein, die Länge des Erdungsdrahts zu reduzieren, um Pigtail-Kopplung in Geräusche zu vermeiden und die Prüfgenauigkeit zu verringern. In der zukünftigen Gestaltung von Verbindungsleitungen, aufgrund der Erhöhung der Signalbetriebsfrequenz, Der Arbeitsschwerpunkt verlagert sich auf die Chipverpackung, und verwandte Test- und Modellierungstechniken werden den Schwerpunkt der Arbeit auf Leiterplatte.