Испытания на вносимые потери электропроводящих цепей печатных плат с помощью алгоритма Delta‑L 4.0

Измерительная задача

При измерении вносимых потерь на дюйм проводника на определенном слое печатной платы вводы и выводы, включая зонды печатных плат и переходные отверстия, вносят искажения в результаты измерений, поэтому их необходимо удалить из измерения вплоть до области интереса. Алгоритм Delta L устраняет эти влияния математическим путем и рассчитывает вносимые потери на дюйм проводника на определенном слое печатной платы с помощью проводников различной длины. Процедура измерения Delta L полностью интегрируется в векторные анализаторы цепей R&S®ZNA, R&S®ZNB, R&S®ZNBT и R&S®ZND в виде опции R&S®ZNx-K231.

Полное определение характеристик измерительной платы и соответствующая компенсация цепей измерительной платы означает смещение опорной плоскости векторного анализатора цепей в новую позицию рядом с испытуемым устройством. Данный метод можно использовать для измерения любых типов испытуемых устройств. Однако в случае с Delta L алгоритм предполагает, что испытуемое устройство представляет собой идеальную линию передачи на определенном слое печатной платы, причем эта линия характеризуется только длиной и вносимыми потерями. Процедура полного определения характеристик измерительной платы и компенсации цепей также имеется в векторных анализаторах цепей R&S®ZNA, R&S®ZNB, R&S®ZNBT и R&S®ZND. Соответствующие опции: R&S®ZNx-K210 (EZD), R&S®ZNx-K220 (ISD) и R&S®ZNx-K230 (SFD).

Если требуется только измерение вносимых потерь на дюйм проводника на определенном слое печатной платы, алгоритм Delta L позволяет целенаправленно получить требуемые результаты путем измерения электропроводящих цепей печатной платы с применением трех различных методов: 1L, 2L или 3L. Эти методы определяют количество используемых контрольных образцов с различной длиной проводника. На рис. 2 изображен метод 2L с контрольными образцами длиной 5 дюймов и 2 дюйма.

Delta L 3.0 определяет зонд, точки приложения зонда, шаг (1,0 мм) и алгоритм расчета вносимых потерь на дюйм. Он поддерживает версии до PCIe 4.0 и частоты до 20 ГГц. Delta L 4.0 как расширение для PCIe 5.0 и PCIe 6.0 также определяет зонд, точки приложения зонда, шаг (0,5 мм) и алгоритм расчета, при этом диапазон частот увеличивается до 40 ГГц. Опция R&S®ZNx-K231 включает в себя новый алгоритм Delta L 4.0, который пригоден для измерений Delta L 4.0 и Delta L 3.0.

Решение компании Rohde & Schwarz

Испытательная установка изображена на рис. 1. Используемые зонды Delta L 4.0 и измерительная плата в увеличенном масштабе изображены на рис. 3 и рис. 4. Калибровка векторного анализатора цепей проводится до конца коаксиальных кабелей, например, с помощью блока автоматической калибровки R&S®ZN-Z54.

Процедура измерения Delta L полностью интегрирована в векторные анализаторы цепей R&S®ZNA, R&S®ZNB, R&S®ZNBT и R&S®ZND в виде опции R&S®ZNx-K231. Она поддерживает методы 1L, 2L и 3L с помощью 1, 2 или 3 контрольных образцов различной длины. Благодаря полной интеграции в прибор не требуется последующая обработка на внешнем ПК.

Диалоговое окно изображено на рис. 5, а на рис. 6 показаны настройки измерения Delta L, включая конфигурацию портов прибора, выбор метода Delta L и задание развертки. Помимо коэффициента рассеяния, также возможно отображение значений импеданса при рефлектометрии во временной области, чтобы проверить правильное подключение зондов Delta L и при необходимости отрегулировать их.

Автоматизация процесса

После ввода настроек пользователь может запустить процедуру измерения Delta L. На экране последовательно отображаются различные этапы измерения. Для каждой длины образца пользователь может выбрать измерение в режиме реального времени или загрузить уже имеющийся результат измерений, сохраненный в формате Touchstone.

На рис. 7 изображен метод 3L с контрольными образцами длиной 10 дюймов, 5 дюймов и 2 дюйма. В данном случае алгоритм Delta L удаляет соответствующие вводы и выводы и выдает три результата измерений вносимых потерь на дюйм, комбинируя образцы 10 дюймов и 5 дюймов (область интереса = 5 дюймов), образцы 10 дюймов и 2 дюйма (область интереса = 8 дюймов) и образцы 5 дюймов и 2 дюйма (область интереса = 3 дюйма), как показано на рис. 2. Метод 3L дает наибольшее количество информации и, как правило, применяется на раннем этапе (например, при выборе материалов).

На рис. 8 изображен метод 2L с контрольными образцами длиной 10 дюймов и 5 дюймов. Здесь алгоритм Delta L удаляет соответствующие вводы и выводы и выдает один результат измерений вносимых потерь на дюйм, комбинируя только образцы 10 дюймов и 5 дюймов (область интереса = 5 дюймов). Метод 2L дает точный результат измерений вносимых потерь на дюйм в области интереса и рекомендуется на этапе изготовления шаблонов плат. Метод 1L использует только один контрольный образец и не удаляет вводы и выводы из результатов измерений. Он предназначен для массового производства, позволяя получать тенденции и статистику производственного процесса для контрольных образцов на различных платах.

После получения всех результатов измерений для всех требуемых образцов можно запустить расчет Delta L нажатием на кнопку Run (пуск) в процедуре Delta L. На экране появляется новая диаграмма с результатами. Для всех частот, выбранных в настройках измерений Delta L, имеются маркеры, которые показывают числовые значения вносимых потерь на дюйм и соответствующую погрешность. На рис. 9 изображены результаты измерений Delta L по методу 2L с образцами длиной 10 дюймов и 5 дюймов. Оранжевая линия показывает сглаженную кривую с маркерами на выбранных частотах. Синяя линия показывает несглаженную кривую в качестве эталона и сравнения.