IEEE P370 표준 고속 PCB 인터커넥트

고속 PCB 연결은 특히 광대역 신호를 다룰 때 모델링과 시뮬레이션에서 계속 활발한 도전 과제로 남아 있습니다. IEEE P370 표준은 50 GHz까지의 고속 구조물에 대한 광대역 S-파라미터를 결정하는 많은 설계자들이 직면한 도전을 해결하기 위한 한 걸음입니다. 이 표준은 2015년부터 작업되어 왔지만, 마침내 이사회 승인을 받고 활성 초안 표준으로 나타났습니다.

그렇다면 이 표준이 해결하는 도전은 무엇이며, 신호 무결성 엔지니어는 어떻게 혜택을 받게 될까요? 저와 같은 경우, Heidi Barnes나 Jason Ellison과 같은 사람과는 다른 방향에서 신호 무결성 문제에 접근합니다. 신호 무결성의 한 측면은 경험적 모델이나 분석적 공식에서의 예측이고, 다른 측면은 신호 행동 측정에서의 평가와 특성화에 관한 것입니다. IEEE P370은 특히 PCB 상의 복잡한 테스트 구조물에서 특정 측정을 수집하는 것과 관련하여 테스트 및 측정 측면의 도전을 다룹니다.

IEEE P370 표준 깊이 파기

IEEE P370 표준은 전기적 연결부의 특성화를 위한 시험 및 측정 절차를 50 GHz까지 다룹니다. 고주파에서 시험 대상 장치에 대한 시험 및 측정 작업의 일환으로, 모든 장비는 DUT와 인터페이스해야 합니다. 시간 영역 반사계(TDRs) 및 벡터 네트워크 분석기(VNAs)와 같은 고주파 장비는 정확한 측정을 위해 일반적으로 동축 커넥터를 사용하지만, PCB나 다른 전자 패키지의 많은 실제 구조체들은 DUT와 인터페이스를 생성하면 동축이 아닙니다.

표준의 일부로서, IEEE P370은 고속 설계의 세 가지 핵심 영역에서 연결 모델링 및 특성화 도전과제를 해결하려고 합니다:

• 시험 픽스처 디자인. 장비와 DUT(이 경우, 전기적 연결부) 사이의 인터페이스를 담당하는 시험 픽스처는 측정된 DUT의 S-파라미터가 실제 S-파라미터와 다르게 만듭니다. 이는 장치 특성화에 사용되는 다른 파라미터 세트에도 동일하게 적용됩니다.
• 디-임베딩. DUT의 S-파라미터를 검색하는 과정은 디-임베딩을 통해 이루어집니다. 불행히도, 다양한 장비와 소프트웨어 도구는 디-임베딩을 위한 다른 알고리즘을 가지고 있습니다. 이 문제의 일부는 DUT와 그 테스트 픽스처가 연속된 N-포트 네트워크를 형성하며, S-파라미터는 ABCD 파라미터와 같은 방식으로 잘 연결되지 않는다는 것입니다.
• S-파라미터 품질 보장. S-파라미터 품질의 세 가지 주요 문제는 상호성, 수동성, 인과성을 보장하는 것입니다.

첫 번째 두 가지를 표준화함으로써, 우리는 세 번째 점에서 일부 표준화에 가까워집니다. 이 세 번째 영역인 고속 인터커넥트 모델링은 광대역 측정의 본질적으로 대역 제한된 특성 때문에 가장 경험이 많은 엔지니어들에게도 여전히 도전적인 분야입니다. IEEE P370은 다음 표에 개요된 해결책으로 이러한 불일치를 해결하고자 합니다.

이러한 각 영역을 조금 더 자세히 살펴보면 신호 무결성 엔지니어에게 곧 변화가 올 수 있는 방법을 알 수 있습니다.

테스트 구조

이 IEEE P370 표준의 영역은 테스트 구조 설계와 보정이라는 두 가지 넓은 영역으로 나뉩니다. 표준화된 테스트 구조와 보정 구조를 사용함으로써, 두 명의 다른 엔지니어가 서로 다른(그러나 비교 가능한) 기기를 사용하여 주어진 DUT에 대해 표준 절차를 사용하여 동일한 S-파라미터 결과를 생성할 수 있음을 합리적으로 확신할 수 있습니다. P370 하에서는 2x-thru 테스트 구조가 권장됩니다; 이 신호 무결성 저널 기사를 살펴보세요 2x-thru 구조에 대해 자세히 알아보고 디임베딩에서 어떻게 사용되는지 알아보세요.

IEEE P370에는 보정 및 픽스처 디-임베딩 검증에 사용할 수 있는 두 가지 표준화된 구조가 있습니다: 선로(line) 및 비티(Beatty) 표준입니다. 선로 구조는 단순히 전송선로이며, S-파라미터는 선로의 ABCD 파라미터로부터 결정될 수 있습니다. 비티 구조는 전송선로 중앙에 위치한 공진 공동으로, 주어진 길이에 대해 특정한 반사 손실 및 삽입 손실 스펙트럼을 가집니다. 이 구조(아래 참조)는 알려진 S-파라미터를 가지고 있기 때문에, 테스트 쿠폰이나 프로토타입에 배치하여 기기의 보정에 사용할 수 있습니다.

디-임베딩

디-임베딩 절차는 IEEE P370 표준에서 지정한 표준 테스트 구조에 대한 금표준 S-파라미터의 오픈 액세스 라이브러리를 사용합니다. 테스트 구조의 S-파라미터가 알려져 있거나 표준에 의해 제공되므로, (DUT + 테스트 구조)의 S-파라미터에서 테스트 구조의 S-파라미터를 제거할 수 있습니다. 이는 아래 예시에서 보여주듯이, 단지 DUT의 S-파라미터만을 제공합니다.

S-파라미터 품질

S-파라미터 행렬의 품질은 다음 세 가지 영역에서 정의됩니다:

• 인과성. 표준화된 방법으로 임펄스 응답을 구성할 때, S-파라미터는 시간 영역 응답에서 인과적인 아티팩트를 생성해서는 안 됩니다.
• 상호성. 만약 검사 대상인 DUT가 실제로 상호적이라면, S-파라미터도 상호적이어야 합니다. 즉, S-파라미터 행렬은 자기 자신의 전치와 같아야 합니다.
• 수동성. 이는 상호성과 관련이 있으며, 상호적인 네트워크는 또한 수동적인 네트워크여야 합니다. S-파라미터는 입력 신호 강도의 함수가 아니어야 하므로 수동성에 대해 평가되어야 합니다.

이러한 품질 메트릭에 한계를 설정함으로써, 구성 요소에 대한 S-파라미터 데이터를 받거나 PCB에 수동 구조를 배치하는 설계자들은 시뮬레이션이 정확할 것이라는 확신을 가질 수 있습니다. 이는 일관성 없는 S-파라미터 데이터의 주요 문제를 해결합니다.

PCB에 테스트 구조 배치하기

여기에 개요된 표준은 시험 및 측정의 일부로서 설계 및 분석 표준에 불과하며, 결국 필드 솔버에서의 시뮬레이션을 돕게 됩니다. 여기에 표시된 테스트 구조로 PCB를 만들 준비가 되었을 때, 고속 PCB를 위한 정확한 테스트 구조를 생성하는 데 사용할 수 있는 Altium Designer®의 고급 PCB 레이아웃 유틸리티를 찾을 수 있습니다. 또한, 제조 및 조립을 위해 보드를 신속하게 준비할 수 있습니다.

IEEE P370 준수 테스트 구조를 갖춘 보드나 테스트 쿠폰을 생성하면, Altium 365® 플랫폼에서 설계 데이터를 공유할 수 있어, 원격 팀과 함께 작업하고 설계 데이터를 관리하는 쉬운 방법을 제공합니다. Altium Designer를 Altium 365에서 사용할 수 있는 가능성의 표면만 긁어본 것입니다. 보다 심층적인 기능 설명이나 On-Demand Webinars 중 하나를 확인할 수 있는 제품 페이지를 확인해 보세요.