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PCB設計深度揭秘,阻抗測試那些你所不知道的內幕

發布時間:2021-07-05 16:02:28

板子性能有問題,客戶(hù)測試板內阻抗(kàng)不達標(biāo),而PCB板廠提供的(de)阻抗測試報告卻是pass的(de),這讓雷豹犯了難,客戶的阻抗測試VS工廠的阻抗測試,到底誰更準,本文從SI的角度,來(lái)深度(dù)揭秘(mì)阻抗測試,大部分工廠不告訴你的(de)那些內幕。

高速(sù)先生成員--王輝東

最近,新晉級的SI攻城獅雷豹運氣有點黴(méi),剛剛經(jīng)受(shòu)了(le)Pin delay的折(shé)磨,現(xiàn)在又碰到一個怪異的(de)事情,某客戶產品性能有問題,經(jīng)多次排(pái)查後,發現(xiàn)板內阻抗測試結果不達標,但(dàn)是板廠的出(chū)貨報(bào)告(gào),卻顯示阻抗值(zhí)達標。這讓雷豹犯了(le)難,到底該相信誰呢?唉!真是屋漏偏(piān)逢連夜雨(yǔ),船遲又遇打(dǎ)頭風(fēng),剛轉SI不(bú)久,偏偏問題卻都集中爆發,難道問題會欺生?

 

還好雷豹沒有自暴自(zì)棄,也沒有被問題嚇倒,因為他的身後還(hái)有他的師(shī)傅,為他遮風擋雨,排憂解難。於是他把客戶發給他的阻抗測試圖片給師傅看(kàn)了一眼,阻抗結果是這樣的:

 

11.png

 

師傅定睛一看,然後就輕(qīng)輕的轉過頭瞟了他(tā)一眼,反問道:“你確定這個客戶會測試阻(zǔ)抗嗎?”

 

這問題問得雷豹丈二和尚摸不著頭腦,作為新人還沒有開始接觸阻抗測試方麵(miàn)的培訓,更沒有摸過阻抗測試儀(yí)(TDR),隻是以前在做PCB設計時,和工廠的EQ工程師溝通阻抗時,聽那人說過阻抗測試就是:

 

袖子一挽

探頭一點

數據顯現

截圖交單

但真的(de)是這樣嗎,雷(léi)豹不敢(gǎn)說,怕說錯了(le)引來師傅的暴雷。

於是他(tā)搖了搖頭(tóu)。

還好他平(píng)日勤(qín)奮好學,態度(dù)又端正,深得(dé)師傅(fù)喜歡,不(bú)待雷豹(bào)開口,師傅就搶先說道:“任何測(cè)試都是有判斷標準的(de),阻(zǔ)抗測試也是,並不是隨便測個(gè)圖形就能說明有無問題,還要看這個測試本身的圖形是否(fǒu)規範,如果(guǒ)沒有按照要求來進行的測試,測出來的結果可能就沒有任何(hé)意義,有時甚至帶來負麵影響,導致問題的(de)定位朝(cháo)著(zhe)錯誤的方向發展,最終鑽(zuàn)進了死胡同,找不到問題不說,反而會耽誤很多時間,這個(gè)是我們(men)debug的大忌。”

師傅看雷豹聽得入神,端起(qǐ)茶杯,慢慢地呷(gā)了一口水,繼續說道:

“阻抗測試的標(biāo)準或者說規範,其(qí)實(shí)也沒有一個公認的標準組織來製定,目前坊(fāng)間流(liú)傳最廣的一個是IPC的測試(shì)標準,另一個是Intel的測試方法。

IPC的標準簡而言(yán)之就(jiù)是待測線路(lù)的阻抗線需要完整顯示在儀器屏幕上,時間上就是從探(tàn)頭接(jiē)觸點開始到最終開路的位置都需要完整的顯示在TDR屏幕上,而測量區間是從整個時間段的30%~70%時間區域,也就是(shì)說示波器的讀數是在這個(gè)區域內進行的最大最小取值,如下(xià)圖所示:

 

22.png

而Intel采用了一種更(gèng)平均的方法,要求似乎放(fàng)得更寬,它的(de)測量區間為整個(gè)線路時間段的50%~70%區域,如下圖所示:

 

結合泰克的(de)TDR儀器,對測試進行了(le)進一(yī)步的規範,同時對起始點和末端開路點顯示也做了一定的要求,測量平穩(wěn)狀態基本在20%~90%段的屏(píng)幕區間上,而取值是按照50%~70%的屏幕區間進行,具體如下圖所示:

 

Intel的這個方(fāng)法被大多數PCB板廠所接受,所以現在國內的主流板廠(chǎng)在出(chū)廠報告上所測試的阻抗值都是基於50%~70%這(zhè)個範圍區間,隻要這個範圍阻抗不超標,那麽板廠的製板就是滿足要求的(de),並且(qiě)因為板內阻抗線數量眾多,很難一一實測,所以PCB工廠測試的線路也並非板內實際走線,而是板邊附帶的阻(zǔ)抗(kàng)Coupon條,這和板內的實際情(qíng)況多少還是有點差別。”

 

雷(léi)豹被師傅高深莫測的學識深深震(zhèn)撼,完全沉浸在對師傅如滔(tāo)滔洪(hóng)水般的(de)敬(jìng)仰中而不可自拔。他癡癡的望著師傅,絕對(duì)是一個虔誠的弟子。

 

師傅看著他的神情,這時又賣了個關子,問道:“你現(xiàn)在可知道我開始(shǐ)問你的答案是什(shí)麽了?”

 

雷豹趕忙從一愣神中驚醒過來,心想還好自己頭腦反應快接受能力強,經師傅(fù)輕輕一點(diǎn)撥,確實明白了很多,於是就非常自信地(dì)回道:“現在看來,這個客戶確實(shí)不(bú)是很懂阻抗測試,從提供的測(cè)試圖片來看,線(xiàn)路時間沒有分布在整個屏幕上,另外也沒有測量(liàng)區間(jiān),測量(liàng)的(de)時間及阻抗刻度都很大,看不出具體的數值,可以說(shuō)這個測試結果沒有任何意義,就像師傅前麵說的,這(zhè)種結果可能(néng)會誤導查找(zhǎo)問(wèn)題的方向(xiàng),正確的測試(shì)結果應該是如(rú)下圖(tú)這樣(yàng)的。”

 

 

師(shī)傅聽了雷豹的回答,內心一片(piàn)歡喜(xǐ),心裏暗(àn)道孺子可(kě)教也,又擔心徒弟驕傲自滿,於是又喜怒不形於色地問道:“既然板廠的出廠報告是滿足要求的,從實際工(gōng)程來講,是不是就(jiù)不用懷疑阻抗的問題了呢?”

 

師傅這一(yī)問,正是雷(léi)豹之(zhī)前有點迷惑的地(dì)方,“真是知我者師傅也”。

 

雷豹心裏暗暗驚歎師傅的無所不知,心想以後有什麽事還是不(bú)要做小動作(zuò)耍小聰明的好(hǎo),估計是瞞(mán)不過師(shī)傅的(de)法眼,可是自已又不(bú)能在師傅麵前露怯,隻好硬著頭(tóu)皮說道(dào):

 

“我猜板廠的阻抗測試(shì)隻(zhī)能保證屏幕顯示50%~70%那一段線路的阻抗情況,而實際產品是需要看整個線路段(duàn)的阻抗,很多(duō)時候(hòu)即使板廠的數據是滿足要求的,但取值範圍外的阻抗有可能超標,而這部分超標的數據是不會顯示(shì)在阻抗出廠報告裏麵的,所以我(wǒ)想就算板(bǎn)廠的(de)測試數據是ok的,也不能保證實際線路阻抗就一定沒有問題,比如很多時候連接器或者BGA出線處會有過孔,而這個過孔一般(bān)是(shì)在線路的兩端,這(zhè)個時候過孔的阻抗就不會進入那個阻抗的測試區間,即使阻抗偏低超出要求(qiú),板廠的測試數據也不會顯示出來,就像下麵這個帶了芯片的實際產品阻抗測試的圖片(piàn)一(yī)樣。如下圖:

 

雖然測量區間的結果是滿足要(yào)求的,但圖中M1和M3那兩個標示出來的部分應該是過孔或(huò)者芯片封(fēng)裝,由於阻抗沒有優化到位,這(zhè)兩(liǎng)個部分的阻抗就偏低(dī)很多,造成最終整體線路的阻抗不匹配(pèi),從而導致信號有比(bǐ)較大的反射,最終影響信號的質(zhì)量(liàng)以(yǐ)及係統(tǒng)的工(gōng)作不穩定如(rú)丟包等現象。不知道我的想法對不對,還望師傅指點迷津(jīn)。”

 

這就是雷豹令師傅比較滿意的地方,果然是(shì)天資比較聰穎一點就通,天生就是學習的料,也不妨(fáng)師傅當初執(zhí)意要求領導,從幾百名設計工程師裏麵破格挑選出來的一片苦心。問題回答(dá)基本上到位了,但還有一點比較關鍵,師傅(fù)覺得有必要再補充一下,於是師(shī)傅微(wēi)微一笑,滿意地說道:

 

“掌握得差不多了,但還是有(yǒu)點過於理想,我前麵其實提到過,板廠的出(chū)廠報告測的(de)基本是板邊的Coupon條,壓根就不會對板內的線路阻(zǔ)抗進行測試,除非(fēi)客戶有圖片提出明確的需要在板上哪個(gè)位置(zhì)哪個點進行測試(很少有客戶會(huì)有這種要求(qiú),還要看板廠是否願意配合),否(fǒu)則板廠是沒法找到對應板上的線路進行實測的,因為(wéi)我們一般提供給板(bǎn)廠的是Gerber光繪文件,板子做出來後,通過這個光(guāng)繪(huì)文件是沒法找到具體線路的,所以板廠隻能在板邊模擬一個和板內實際線寬(kuān)一致的標(biāo)準阻抗條來進行測試,這樣(yàng)這個阻抗條線路其實是比較理想(xiǎng)的,中間也沒有過(guò)孔等其他(tā)因素的影響,測試出來結果當然就比較理想,這也是為什麽很(hěn)多時候板廠的出廠報告是滿足(zú)要(yào)求的,但實際板(bǎn)上線路阻(zǔ)抗卻有較大偏差的(de)原因,可以看看下(xià)麵圖(tú)片中阻抗條與板內阻抗的測試結果差異就知道了。”

 

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