Como Projetar Seu Cupom de Teste de PCB e O Que Você Pode Testar

À medida que a velocidade de operação dos componentes aumentou, a impedância controlada está se tornando mais comum em sistemas digitais, analógicos e de sinal misto. Se o valor da impedância controlada para uma interconexão estiver incorreto, pode ser muito difícil identificar esse problema durante um teste em circuito. Pequenas incompatibilidades podem não causar a falha de uma placa, mas pode ser difícil identificar a impedância incorreta como a causa de qualquer falha no teste, especialmente se pontos de teste corretos e estruturas de teste não foram colocados na placa para facilitar testes de impedância em placa nua.

Uma vez que a impedância depende de muitos parâmetros (geometria da trilha, espessura do laminado e valor Dk do laminado), a maioria das PCBs atualmente é testada quanto à impedância controlada. No entanto, o teste é normalmente realizado em um cupom de teste de PCB, que é fabricado no mesmo painel que a PCB (geralmente ao longo de uma borda). Se você deseja acelerar as revisões de placa e auxiliar projetos futuros, pode considerar projetar um cupom de teste e mantê-lo à mão para projetos futuros. Além disso, fornecer ao seu fabricante documentação suficiente sobre a geometria de interconexão proposta é uma grande ajuda para garantir que seu fabricante crie o cupom de teste correto.

Cupom de Teste de PCB Separado ou Integrado?

O objetivo de qualquer cupom de teste é capturar com precisão a estrutura pretendida da sua placa e facilitar testes de impedância de interconexão precisos. Existem várias maneiras de fazer isso. Em um cupom de teste para impedância controlada, o fabricante pode deixar algum espaço na borda do painel para colocar algumas estruturas de teste para a medição de impedância controlada. Os cupons de teste também podem ser selecionados de uma biblioteca de fornecedores, projetados de acordo com padrões da indústria (por exemplo, os cupons D de IPC 2221B Apêndice A), ou gerados usando algum software (por exemplo, o Gerador de Cupons Gerber IPC 2221B).

Às vezes, um cupom de teste é integrado ao próprio PCB, em vez de ser criado como uma seção separada no mesmo painel. Neste caso, o cupom de teste pode não ter a aparência típica que se esperaria de um cupom de teste gerado ou fornecido pelo vendedor. Kella Knack descreve as estruturas de teste comuns a serem incluídas em um cupom de teste separado (se você for um fabricante) ou diretamente em uma placa de protótipo (se você for um designer) em um artigo recente.

Colocar estruturas de teste diretamente em uma placa pode parecer um desperdício de espaço, mas isso ajuda muito nos testes em circuito, tanto durante a prototipagem quanto durante a produção em larga escala. Se você está projetando geometrias de interconexão incomuns, precisa avaliar a impedância antes de produzir em escala. Não custa nada projetar uma única placa com seus designs de interconexão e testá-los internamente. Você pagará antecipadamente por uma placa de teste, mas pode se poupar de uma revisão de placa mais tarde se conseguir obter as medições necessárias antes da produção.

Além da Impedância

A impedância de interconexão, a capacitância da PDN, as perdas do condutor e o atraso de propagação podem todos ser medidos com as estruturas de teste adequadas. Outras estruturas de teste colocadas em um cupom de teste personalizado são úteis para determinar a constante dielétrica do laminado do substrato. Uma vez que você atinge o regime de micro-ondas/mmOnda, aspectos como perda de inserção e radiação de cavidade devem ser testados para garantir que sinais analógicos em linhas de impedância controlada não sofram degradação significativa.

Cupons de teste também podem ser submetidos a testes de choque térmico, simulações de refusão, medições da temperatura de transição vítrea, medições da resistência DC do condutor, ou quaisquer outros testes que você possa imaginar. Um cupom de teste também dá ao fabricante a chance de qualificar o processo de fabricação e qualidade, garantindo que sua nova placa atenda aos padrões de confiabilidade. Os resultados dos painéis devem estar dentro de 5% dos valores especificados.

Inovando em Altas Frequências

Se você começar a trabalhar com frequências extremamente altas e precisar fazer transições de camadas, usar materiais únicos ou trabalhar com placas HDI, as altas frequências podem criar outros problemas de integridade de sinal que são difíceis de resolver. Em placas que operam na faixa dos 10’s de GHz, todos os pontos sendo testados em um cupom de teste padrão para um sistema digital de alta velocidade são importantes e devem ser examinados em um cupom de teste de alta frequência. Há outras medições importantes que devem ser coletadas para garantir a integridade do sinal e baixa EMI irradiada.

Após alguns artigos anteriores sobre questões de SI/EMI em diferentes sistemas analógicos de alta frequência, recebi algumas perguntas sobre os tipos de via utilizados em placas mmWave, especificamente se vias passantes metalizadas devem ser usadas nessas frequências. Jon Coonrod discutiu este ponto e alguns pontos importantes sobre a determinação da consistência da constante dielétrica ao longo dos interconectores. Dimensionar e retroperfurar adequadamente essas vias para uso nessas frequências é crítico, pois uma via de tamanho inadequado com um longo stub pode criar reflexão excessiva, aparecendo como perda de inserção alcançando ~6 dB ou mais.

Com um planejamento inteligente, você pode acomodar toda a sua circuitaria importante de micro-ondas/mmOnda na camada superficial e evitar transições de camadas. No caso de você precisar usar uma transição de camada ou testar uma estrutura de interconexão única (por exemplo, guias de onda integrados ao substrato), isso deve ser examinado em um cupom de teste para impedância, perda de inserção e perda total. Especificamente, as transições de camadas podem ser inspecionadas com uma medição de reflectometria no domínio do tempo (TDR). Uma alta incompatibilidade de impedância entre seções de linha de transmissão e estruturas de via aparecerá como uma queda no sinal de reflectometria, permitindo que você qualifique essas estruturas para uso em uma produção.

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