Как спроектировать тестовый образец вашей печатной платы и что можно тестировать

По мере увеличения скорости работы компонентов, контролируемый импеданс становится все более распространенным в цифровых, аналоговых и смешанных системах. Если значение контролируемого импеданса для межсоединения неверно, может быть очень сложно обнаружить эту проблему во время испытания в схеме. Незначительные несоответствия могут не привести к отказу платы, но может быть сложно точно определить неверный импеданс как причину любого сбоя в тестировании, особенно если на плате не были размещены корректные тестовые точки и тестовые структуры для облегчения тестов импеданса на голой плате.

Поскольку импеданс зависит от многих параметров (геометрия дорожки, толщина ламината и значение Dk ламината), большинство печатных плат в настоящее время тестируются на контролируемый импеданс. Однако тестирование обычно проводится на тестовом образце печатной платы, который изготавливается на том же панели, что и печатная плата (обычно вдоль края). Если вы хотите быстро пройти через этапы разработки платы и помочь будущим проектам, вы можете рассмотреть возможность разработки тестового образца и сохранения его под рукой для будущих проектов. Кроме того, предоставление вашему производителю достаточной документации по предлагаемой геометрии межсоединений огромно помогает в обеспечении того, чтобы ваш производитель создал правильный тестовый образец.

Отдельный или интегрированный тестовый образец печатной платы?

Цель любого тестового купона заключается в том, чтобы точно зафиксировать предполагаемую структуру вашей платы и обеспечить точное тестирование импеданса межсоединений. Существует несколько способов это сделать. В тестовом купоне для контролируемого импеданса производитель может оставить немного места на краю панели для размещения некоторых тестовых структур для испытаний контролируемого импеданса. Тестовые купоны также могут быть выбраны из библиотеки поставщика, разработаны в соответствии со стандартами отрасли (например, D купоны Приложения A IPC 2221B) или созданы с использованием некоторого программного обеспечения (например, генератора купонов Gerber IPC 2221B).

Иногда тестовый купон интегрируется непосредственно в печатную плату (PCB), а не создается как отдельный раздел на том же панеле. В этом случае тестовый купон может не иметь типичного вида, который можно было бы ожидать от сгенерированного или предоставленного производителем тестового купона. Келла Нак описывает общие тестовые структуры, которые следует включать в отдельный тестовый купон (если вы производитель) или непосредственно на прототип платы (если вы дизайнер) в недавней статье.

Размещение тестовых структур непосредственно на плате может показаться пустой тратой места, но это значительно облегчает тестирование в схеме как во время создания прототипов, так и в процессе массового производства. Если вы разрабатываете необычные геометрии соединений, вам необходимо оценить импеданс перед началом производства в больших объемах. Не помешает спроектировать одну плату с вашими конструкциями соединений и протестировать их внутри компании. Вы заплатите вперед за тестовую плату, но это может сэкономить вам повторное изготовление платы позже, если вы сможете получить необходимые измерения до начала производства.

За пределами импеданса

Импеданс соединений, емкость PDN, потери в проводниках и задержка распространения могут быть измерены с помощью подходящих тестовых структур. Другие тестовые структуры, размещенные на специально разработанном тестовом купоне, полезны для определения диэлектрической проницаемости ламината подложки. Как только вы переходите в область микроволн/миллиметровых волн, такие параметры, как потери на вставке и излучение в полости, должны быть протестированы, чтобы гарантировать, что аналоговые сигналы на линиях с контролируемым импедансом не испытывают значительного ухудшения.

Тестовые купоны также могут быть подвергнуты тестам на термошок, симуляциям переплавки, измерениям температуры стеклования, измерениям постоянного сопротивления проводника или любым другим тестам, которые вы можете себе представить. Тестовый купон также дает производителю возможность проверить процесс производства и качество, обеспечивая соответствие вашей новой платы стандартам надежности. Результаты с панелей должны находиться в пределах 5% от значений спецификаций.

Инновации на высоких частотах

Если вы начинаете работать с чрезвычайно высокими частотами и вам нужно делать переходы между слоями, использовать уникальные материалы или работать с платами HDI, высокие частоты могут создавать другие проблемы с целостностью сигнала, которые трудно решить. На платах, работающих в диапазоне десятков ГГц, все точки, которые тестируются на стандартном тестовом купоне для системы цифровой высокоскоростной передачи, важны и должны быть рассмотрены на тестовом купоне высокой частоты. Существуют и другие важные измерения, которые должны быть собраны для обеспечения целостности сигнала и низкого уровня излучаемых ЭМИ.

После некоторых предыдущих статей о проблемах SI/EMI в различных аналоговых системах высокой частоты, мне задали несколько вопросов о типах переходных отверстий, используемых на платах миллиметрового диапазона, в частности, следует ли использовать переходные отверстия с металлизацией на таких частотах. Джон Кунрод обсудил этот вопрос и некоторые важные моменты, касающиеся определения постоянства диэлектрической проницаемости на протяжении всего соединения. Правильный подбор размеров и обратное сверление этих переходных отверстий для использования на этих частотах критически важно, поскольку неправильно подобранное переходное отверстие с длинным выступом может создавать чрезмерное отражение, проявляющееся как потери вставки, достигающие ~6 дБ или более.

С помощью грамотного планирования вы можете разместить всю важную микроволновую/миллиметровую схемотехнику на поверхностном слое и избежать переходов между слоями. В случае необходимости использования перехода между слоями или тестирования уникальной структуры соединения (например, интегрированных в подложку волноводов), это следует исследовать на тестовом образце на предмет импеданса, потерь на вставку и общих потерь. В частности, переходы между слоями можно проверить с помощью измерения временной доменной рефлектометрии (TDR). Высокое несоответствие импеданса между секциями линии передачи и структурами переходных отверстий будет проявляться в виде провала в сигнале рефлектометрии, что позволит вам квалифицировать эти структуры для использования в производственном цикле.

Если вам необходимо спроектировать тестовый образец печатной платы или включить тестовые структуры в производственную печатную плату, инструменты для размещения и анализа в Altium Designer® предоставят вам возможность создать любые тестовые структуры, которые вы можете представить для тестового образца или готовой платы. Вы сможете спроектировать свои межсоединения и стек слоев так, чтобы они соответствовали всем важным требованиям к производительности, а также получите все необходимые функции дизайна для подготовки ваших новых плат к производству.

Теперь вы можете скачать бесплатную пробную версию Altium Designer и узнать больше о лучших в отрасли инструментах для размещения, моделирования и планирования производства. Обратитесь к эксперту Altium сегодня, чтобы узнать больше.