Testes de perda por inserção em estruturas de sinal de placas de circuito impresso (PCB) com Delta-L 4.0

Sua tarefa

Ao medir a perda por inserção de um traço de sinal em uma determinada camada da PCB, as lead-ins e lead-outs incluindo vias e pontas de prova da PCB produzem contribuições indesejadas para os resultados e, portanto, precisam ser removidas da medição até a área de interesse. O Delta-L é um algoritmo desenvolvido para remover matematicamente esses efeitos e calcular a perda por inserção a cada polegada de um traço de sinal em uma determinada camada da PCB utilizando estruturas de sinal de diferentes comprimentos. O fluxo de trabalho de medição do Delta-L está totalmente integrado aos analisadores de redes vetoriais R&S®ZNA, R&S®ZNB, R&S®ZNBT e R&S®ZND, bem como à opção R&S®ZNx-K231.

Uma caracterização completa de um adaptador e a compensação do respectivo adaptador alteram totalmente a interface do analisador de redes vetoriais (VNA) para uma nova posição perto do dispositivo em teste. Esse método pode ser utilizado para medir todos os tipos de dispositivos em teste. Mas esse não é o caso no Delta-L, quando o algoritmo assume que o dispositivo em teste é uma linha de transmissão praticamente ideal em uma determinada camada da PCB caracterizada somente por comprimento e perda. O fluxo de trabalho para caracterização e compensação completa do adaptador também está disponível nos analisadores de redes vetoriais R&S®ZNA, R&S®ZNB, R&S®ZNBT e R&S®ZND. As opções correspondentes são R&S®ZNx-K210 (EZD), R&S®ZNx-K220 (ISD) e R&S®ZNx-K230 (SFD).

Se estivermos interessados somente na perda por inserção a cada polegada em uma determinada camada da PCB, o Delta-L oferece um método objetivo e sob medida para obter esses resultados ao medir estruturas da PCB com três métodos diferentes: 1L, 2L ou 3L. Esses métodos definem o número de cupons de teste utilizados com diferentes comprimentos de traço. A figura 2 mostra um exemplo de 2L utilizando cupons de teste de 5 polegadas e de 2 polegadas.

O Delta-L 3.0 define a ponta de prova, o acoplamento da ponta de prova e a densidade (1,0 mm), bem como o algoritmo para calcular a perda por inserção a cada polegada. Ele funciona até PCIe 4.0 e em frequências de até 20 GHz. O Delta-L 4.0 é uma ampliação recente para PCIe 5.0 e PCIe 6.0 que redefine o acoplamento da ponta de prova e a densidade (0,5 mm) e estende o algoritmo até 40 GHz. A opção R&S®ZNx-K231 inclui o novo algoritmo Delta-L 4.0, que pode ser utilizado tanto para medições Delta-L 4.0 quanto Delta-L 3.0.

A solução da Rohde & Schwarz

A instalação geral é mostrada na figura 1; uma imagem ampliada das pontas de prova Delta-L 4.0 utilizadas e da placa de teste é apresentada na figura 3 e a figura 4 exibe uma ampliação ainda maior do acoplamento da ponta de prova. O analisador de redes vetoriais está calibrado até o fim dos cabos coaxiais, utilizando a unidade automática de calibração R&S®ZN-Z54, por exemplo.

Com a opção R&S®ZNx-K231, o fluxo de trabalho do Delta-L está completamente integrado aos analisadores de redes vetoriais R&S®ZNA, R&S®ZNB, R&S®ZNBT e R&S®ZND. Sua implementação oferece suporte aos métodos 1L, 2L e 3L utilizando cupons de teste com 1, 2 ou 3 comprimentos diferentes. Por estar integrado no instrumento, a necessidade de pós-processamento em um PC externo é completamente eliminada.

Os diálogos exibidos na figura 5 e na figura 6 fornecem acesso às configurações de medição do Delta-L, inclusive configuração de porta do instrumento, seleção do método Delta-L e resolução de varredura. Além dos parâmetros S, as impedâncias de TDR também podem ser exibidas para verificar a conexão correta das pontas de prova Delta-L e reajustar as pontas de prova, se necessário.

Automação do processo

Assim que o usuário tiver definido as configurações, a medição do Delta-L pode ser iniciada e o usuário é guiado através das diferentes etapas do fluxo de trabalho do Delta-L. Para cada comprimento de cupom, o usuário pode selecionar uma medição ao vivo ou carregar um resultado de medição existente salvo em formato Touchstone.

A figura 7 mostra um exemplo do método 3L em que são utilizados cupons de teste com 10", 5" e 2". Neste caso, o algoritmo do Delta-L remove as lead-ins e lead-outs correspondentes e fornece três resultados de perda por inserção a cada polegada, combinando 10" com 5" (área de interesse = 5"), 10" com 2" (área de interesse = 8") e 5" com 2" (área de interesse = 3"), conforme descrito na figura 2. O método 3L proporciona mais informações e geralmente é utilizado em uma fase inicial, por exemplo, para seleção de material.

A figura 8 mostra um exemplo de uma medição 2L utilizando cupons de teste de 10" e 5". Neste caso, o algoritmo do Delta-L remove as lead-ins e lead-outs correspondentes e fornece um resultado de perda por inserção a cada polegada, combinando somente os comprimentos disponíveis de 10" e 5" (área de interesse = 5"). O método 2L fornece um resultado preciso de perda por inserção a cada polegada na área de interesse e é recomendado para amostragem de placa. O método 1L utiliza somente um comprimento de cupom e não remove as lead-ins e lead-outs dos resultados de medição. Ele foi desenvolvido para fabricação em grande escala e informa sobre tendências e estatísticas do processo de fabricação através de cupons de teste em múltiplas placas.

Assim que os resultados de medição de todos os cupons de teste necessários estiverem disponíveis, o cálculo correspondente de Delta-L pode ser iniciado utilizando o botão de executar (Run) do fluxo de trabalho do Delta-L. Os resultados são apresentados em um novo diagrama adicional. Para todas as frequências selecionadas nas definições de medição do Delta-L, são oferecidos marcadores exibindo os valores numéricos da perda por inserção a cada polegada e a incerteza correspondente. A figura 9 mostra os resultados do Delta-L utilizando o método 2L com um cupom de teste de 10" e um cupom de teste de 5". O traço em laranja mostra a curva suavizada com valores de marcador nas frequências selecionadas. O traço em azul mostra a curva sem suavização para referência e comparação.