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Blogue PCB - Technologie d'essai dans la conception de l'interconnexion des PCB à grande vitesse

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Technologie d'essai dans la conception de l'interconnexion des PCB à grande vitesse

2022-06-13
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Author:pcb

Haute viteArt.se PCB board La technologie de conception de l'interconnexion comprend des essais, Simulation, Et diverses normes connexes, Parmi eux, l'essai est une méthode et un moyen de vérifier les résultats de diverses analyses de simulation.. Les méthodes et moyens d'essai les plus importants sont nécessaires pour assurer l'analyse de la conception de l'interconnexion.. Utilisé pour l'essai traditionnel de la forme d'onde du signal, La principale préoccupation est la longueur du plomb de la sonde afin d'éviter l'introduction de bruits inutiles dans les fibres de queue.. Cet article traite principalement de la nouvelle application et du développement de la technologie d'essai d'interconnexion.. Ces dernières années, Avec l'augmentation de la vitesse du signal, Changements importants dans l'objet d'essai. Il n'est plus limité à l'utilisation traditionnelle de l'oscilloscope pour tester la forme d'onde du signal. Bruit de mise à la terre de l'alimentation électrique, synchronous switching noise (SSN), and Jitter (Jitter) have gradually become The focus of interconnect design engineers, Certains instruments dans le domaine des radiofréquences ont été utilisés dans la conception des interconnexions. Les instruments d'essai couramment utilisés dans la conception de l'interconnexion comprennent l'analyseur de spectre, Analyseur de réseau, Oscilloscope, Et les différentes sondes et pinces utilisées par ces instruments, Ces signaux ont subi des changements importants pour tenir compte de l'augmentation du taux de signal.. Utiliser ces instruments d'essai comme outils, Cet article présente principalement le développement de la technologie d'essai de conception d'interconnexion au cours des dernières années à partir des aspects suivants:

Méthode d'étalonnage de l'essai

Méthode de modélisation des dispositifs passifs

Essai d'intégrité de l'alimentation électrique

Méthode d'essai du Jitter du signal d'horloge

PCB board

Parmi les trois instruments d'essai couramment utilisés, la méthode d'étalonnage de l'analyseur de réseau est stricte, suivie de l'analyseur de spectre, et la méthode d'étalonnage de l'oscilloscope est simple. Par conséquent, nous nous concentrons ici sur les méthodes d'étalonnage des analyseurs de réseau. Il existe trois méthodes d'étalonnage couramment utilisées pour les Analyseurs de réseau, thru, TRL et Solt. L'essence du thru est la normalisation. Pendant l'étalonnage, l'analyseur de réseau enregistre les résultats des essais du gabarit (s21 c). Dans les essais pratiques, les résultats des essais (s21 _ M) et s21 C sont séparés directement pour obtenir les résultats des essais du dut (s21 a). La précision de l'étalonnage a été obtenue en ignorant les réflexions causées par l'inadéquation dans le gabarit d'essai et le couplage électromagnétique dans l'espace par étalonnage. Cette méthode d'étalonnage peut être utilisée lorsque s21 est testé seulement et que la précision de l'essai n'est pas requise. Dans les structures non coaxiales telles que les PCB, il est parfois nécessaire de tester les caractéristiques des traces, des trous de travers, des connecteurs, Attendez.. dans ce cas, le fournisseur de l'instrument d'essai ne fournit pas de pièces d'étalonnage standard, et il est difficile pour le testeur de faire un bon circuit ouvert, court - circuit, charge correspondante et d'autres pièces d'étalonnage dans le port d'étalonnage d'essai. Par conséquent, l'étalonnage traditionnel du Solt ne peut être effectué. L'avantage de l'étalonnage TRL est qu'aucun étalon n'est nécessaire et que le port d'étalonnage d'essai peut être étendu à l'emplacement désiré. À l'heure actuelle, l'étalonnage TRL a été largement utilisé pour tester la structure des PCB. Le Solt est généralement considéré comme une méthode d'étalonnage standard. Le modèle d'étalonnage comporte 12 paramètres d'erreur d'étalonnage, qui sont étalonnés et calculés à l'aide d'un court - circuit, d'un circuit ouvert, d'une charge et d'un passage direct. Étant donné que les fournisseurs d'instruments d'essai ne fournissent généralement que des composants d'étalonnage coaxiaux, la méthode d'étalonnage Solt ne peut pas être utilisée pour les structures non coaxiales. Les trois méthodes d'étalonnage ci - dessus peuvent être analysées en détail à l'aide d'un diagramme de flux de signal, dans lequel chaque paramètre d'erreur a un paramètre correspondant dans le diagramme de flux de signal. Grâce à l'organigramme du signal, la sensibilité à l'erreur des différentes méthodes d'étalonnage peut être clairement comprise, de sorte que la plage d'erreur de l'essai réel peut être comprise. Il convient de noter ici que même la méthode d'étalonnage standard Solt ignore les cinq paramètres d'erreur du modèle d'étalonnage. En général, ces cinq paramètres d'erreur n'affectent pas la précision de l'étalonnage. Cependant, si la conception du gabarit d'étalonnage n'est pas prise en compte pendant l'utilisation, l'étalonnage ne peut être effectué. L'analyseur de spectre fournit une source étalon pour l'étalonnage. Pendant l'étalonnage, vous n'avez qu'à connecter la source d'étalonnage interne au port d'entrée au moyen d'un gabarit d'essai. L'étalonnage prend environ 10 minutes. L'étalonnage de l'oscilloscope est plus simple. Connectez la sonde à la source étalon interne et confirmez. L'étalonnage prend environ 1 minute.


Essai et modélisation des dispositifs passifs

Avec l'augmentation de la vitesse du signal, les dispositifs passifs jouent un rôle de plus en plus important dans la chaîne du signal. La précision de l'analyse de simulation de performance du système dépend généralement de la précision du modèle du dispositif passif. Par conséquent, l'essai et la modélisation des composants passifs deviennent progressivement un élément important de la conception de l'interconnexion des fournisseurs d'équipement. Les dispositifs passifs couramment utilisés sont les suivants:

Connecteur

2) PCB board traces and Par trou

Condensateur

Inductance (bille magnétique)

Dans la conception de l'intégrité du signal à grande vitesse, l'influence du connecteur sur la liaison du signal. Pour les connecteurs à grande vitesse couramment utilisés, il est courant de fabriquer des gabarits d'étalonnage selon la méthode d'étalonnage TRL et de tester et de modéliser les connecteurs pour l'analyse de simulation. La méthode de modélisation des traces et des trous de PCB est similaire à celle des connecteurs. L'étalonnage TRL est également utilisé pour déplacer le port d'essai à l'endroit désiré, puis pour effectuer la modélisation d'essai.


Tableau des caractéristiques d'impédance de l'alimentation électrique à une seule carte

Le modèle de capacité est utilisé dans l'analyse de l'intégrité du signal et, plus important encore, dans l'analyse de l'intégrité de la puissance. L'analyseur d'impédance et l'analyseur de réseau sont des instruments de modélisation de capacité couramment utilisés dans l'industrie, qui conviennent à différentes bandes de fréquences. L'analyseur d'impédance convient à la bande basse fréquence et l'analyseur de réseau à la bande haute fréquence. Si l'analyseur de réseau est utilisé pour effectuer des essais d'intégrité de puissance dans des essais réels, il est recommandé d'utiliser l'analyseur de réseau dans toute la bande de fréquences de la modélisation de capacité afin d'assurer la cohérence de la modélisation et de l'application. En raison de la faible impédance du condensateur, le parallélisme est souvent utilisé lors de la modélisation à l'aide d'un analyseur de réseau. Comment éliminer le couplage entre le gabarit et le condensateur afin de réduire l'influence du gabarit sur les résultats de la modélisation est un problème non résolu dans la modélisation du condensateur de l'industrie. Dans la conception traditionnelle de l'alimentation électrique, l'inducteur (boule magnétique) est souvent utilisé pour isoler l'alimentation électrique afin de réduire le bruit. Dans la conception réelle, l'inductance d'isolement (bille magnétique) est généralement enlevée et le bruit de l'alimentation est réduit. Ceci est dû à la résonance de l'inducteur (boule magnétique) avec les autres composants du filtre. Pour éviter cette situation, il est nécessaire de modéliser et de simuler les inducteurs (billes) afin d'éviter la résonance. Les méthodes de modélisation de l'inductance (billes) couramment utilisées dans l'industrie utilisent également des analyseurs de réseau. La méthode est similaire à la modélisation des condensateurs. La différence est que la méthode de modélisation de l'inductance (bille magnétique) est en mode série, tandis que la méthode de modélisation de la capacité est en mode parallèle. La modélisation des dispositifs passifs ci - dessus est principalement utilisée pour l'intégrité du signal et de la puissance. Au cours des dernières années, la simulation et l'analyse de l'interférence électromagnétique se sont progressivement développées et la modélisation des essais des dispositifs passifs d'interférence électromagnétique est devenue le point clé de la conception de l'interconnexion. La figure 1 montre la courbe d'impédance du condensateur.


Essai d'intégrité de l'alimentation électrique

Avec l'augmentation de la puissance de la puce et la diminution de la tension de fonctionnement, le bruit de l'alimentation électrique devient progressivement l'objet de la conception de l'interconnexion. Du point de vue de l'objet d'essai, l'essai d'intégrité de l'alimentation électrique peut être divisé en deux étapes: l'essai des caractéristiques du système d'alimentation électrique et l'essai du bruit de mise à la terre de l'alimentation électrique. Le premier est l'essai de performance de l'alimentation électrique du système (essai passif), le second est l'essai direct du bruit de mise à la terre de l'alimentation électrique lorsque le système fonctionne (essai actif), le bruit de commutation synchrone peut également être classé comme le bruit de mise à la terre de l'alimentation électrique. Lors de l'essai de performance du système d'alimentation, l'analyseur de réseau est généralement utilisé. L'objet d'essai est l'auto - Impédance et l'impédance de transmission du système d'alimentation. Dans des conditions normales, l'impédance du système d'alimentation est beaucoup plus faible que celle du système d'analyseur de réseau (50 ohms), de sorte que seul un étalonnage direct est nécessaire pendant l'essai et que l'impédance du système d'alimentation peut être obtenue à l'aide de l'équation s21 = Z / 25. Le bruit de mise à la terre de l'alimentation peut être mesuré à l'aide d'un analyseur de spectre et d'un oscilloscope. Le port d'entrée de l'analyseur de spectre ne peut pas être connecté au composant DC. Par conséquent, lors de l'essai du bruit de mise à la terre de l'alimentation électrique, il doit y avoir une coupure en courant continu en série dans le dispositif d'essai. L'impédance d'entrée de l'analyseur de spectre est de 50 ohms et l'impédance du réseau de mise à la terre de l'alimentation électrique est généralement de milliohms, de sorte que le dispositif d'essai n'affecte pas le système à l'essai. La méthode ci - dessus est de tester le bruit de mise à la terre de l'alimentation électrique sur la carte, et le bruit de mise à la terre de l'alimentation électrique dans la puce est le facteur qui affecte vraiment le fonctionnement de la puce. À ce stade, il est nécessaire d'utiliser l'essai de bruit de commutation synchrone pour déterminer le bruit de mise à la terre de l'alimentation électrique dans la puce. En supposant que la puce ait n ports io, l'un étant statique et l'autre n - 1 étant inversé simultanément, la forme d'onde du signal sur le réseau statique est testée, c'est - à - dire le bruit de commutation synchrone. Le bruit de commutation synchrone comprend le bruit de mise à la terre de l'alimentation électrique et le crosstalk entre différents signaux dans le paquet. Il n'existe actuellement aucun moyen de faire une distinction complète entre les deux.


L'impédance d'entrée de l'oscilloscope varie selon le réglage

Dans certains produits haut de gamme, le Jitter devient progressivement un indicateur important de la performance du produit. Ici, nous ne montrons que brièvement comment tester le Jitter du signal d'horloge et les problèmes de dépannage à l'aide d'un analyseur de spectre. L'essai de Jitter du signal de données n'est pas inclus pour le moment. Dans la plupart des systèmes, l'horloge est générée par un oscillateur à cristaux ou une boucle verrouillée en phase. L'essai de Jitter du signal d'horloge est relativement simple et n'a pas besoin d'instruments d'essai haut de gamme. Un analyseur de spectre commun peut être utilisé pour localiser le problème. Le spectre du signal d'horloge idéal est un spectre discret propre dont les composants ne sont que des multiples de la fréquence d'horloge. S'il y a un Jitter dans le signal d'horloge, les lobes latéraux apparaissent près de ces multiplicateurs, et la taille du Jitter est proportionnelle à la puissance de ces lobes latéraux. La méthode spécifique d'essai du Jitter d'horloge à l'aide d'un analyseur de spectre consiste à trouver tout point testable de la chaîne de signaux d'horloge, à connecter le signal de ce point à l'analyseur de spectre par blocage en courant continu et à observer le résultat de l'essai. Comme le gabarit d'essai est un système linéaire, il n'est pas nécessaire de s'inquiéter de la production de nouveaux composants spectraux. Comme décrit ci - dessus, les horloges sont générées par un oscillateur à cristaux ou une boucle verrouillée en phase. Dans ce cas, l'une des principales raisons de l'introduction du Jitter d'horloge est le bruit d'alimentation de l'oscillateur à cristaux ou de la boucle verrouillée en phase. Le bruit d'alimentation de l'oscillateur à cristaux ou de la boucle verrouillée en phase est mesuré à l'aide de la méthode ci - dessus et comparé au lobe latéral dans le spectre de fréquence de l'horloge pour déterminer la cause du Jitter de l'horloge. La solution de ce problème est de redessiner le circuit de filtrage de l'oscillateur à cristaux PLL basé sur le lobe latéral du spectre d'horloge. En général, ces problèmes peuvent être résolus par un choix raisonnable de condensateurs filtrants.


Cet article présente brièvement les objets d'essai et les méthodes d'essai dans le domaine actuel de la conception de l'interconnexion.. Au fur et à mesure que la vitesse du signal continue d'augmenter, Un nouveau contenu de test apparaît, Y compris le bruit d'alimentation au sol, Modélisation passive des dispositifs, jitter, Et bien plus encore.. Sur la base de son expérience de travail, l'auteur propose une méthode d'essai pour ces nouveaux contenus d'essai.. Dans l'essai traditionnel de la forme d'onde du signal, La principale considération est de réduire la longueur du fil de terre afin d'éviter le couplage des fibres de queue au bruit et de réduire la précision des essais.. Conception future de l'interconnexion, En raison de l'augmentation de la fréquence de fonctionnement du signal, L'accent sera mis sur l'emballage des puces, Les techniques d'essai et de modélisation connexes seront au centre de la recherche. PCB board.