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李瑞軀

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新加坡Qtest CIMS 1000 特性阻抗測量儀

一種全新的特性阻抗測量模式,傳輸速度,PCB介電常數(shù)以及串音干擾 

Pcb上傳輸線或是銅軌的特性阻抗 Zo 均可以利用這一個(gè)公式計(jì)算得到: 

Zo=Sqrt （ L電感/C電容） for high speed signal……

這一個(gè)公式里的 L是指電感而C代表的是測量層對(duì)地的電容.

當(dāng)利用電容跟電感的方式測量特性組抗的值時(shí)須注意: 

測量pcb上銅軌真實(shí)的電容跟電感所得到的特性阻抗值Zo可以比利用時(shí)間延遲這個(gè)方法且假設(shè)FR4的時(shí)間系數(shù)為0.6來的準(zhǔn)確而更可真實(shí)的反應(yīng)出版上的問題 .不同的混合性材料如玻璃跟合成數(shù)脂的合成材質(zhì)將會(huì)使得VOP改變,而這一個(gè)變化也會(huì)使得介電常數(shù)DK變化,所以說為何介電常數(shù)的值會(huì)是介于 4.0 -- 4.6之間. 而介電常數(shù)改變則電榮也會(huì)跟著變化.

所以說當(dāng)材質(zhì)的改變造成VOP變化時(shí)如果您利用的是TDR的測量模式則必須將這一個(gè)重要的影響放進(jìn)你的計(jì)算參數(shù)里面 .

然而在我們的經(jīng)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)有非常大的部分PCB生產(chǎn)廠家在這一個(gè)環(huán)節(jié)上都忽略了,而還是延用zui初的VOP值,所以zui后特性阻抗的測量值都會(huì)有所差異.

為什么利用L 與 C的測量

對(duì)于高速訊號(hào)而言,特性阻抗 Zo 是由電感 L 以及電容 C 決定.已知的電感 L跟電容 C 可以讓你控制特性阻抗 Zo.

你如何解決特性阻抗無法符合您的設(shè)計(jì)值呢?例如您希望得到一個(gè) 50ohms +-5 ohms但是利用TDR的測試方法得到只有 42.4 ohms的測試值.

在測試片上,一條長150mm的傳輸線是 50 ohms的設(shè)計(jì)也許有電感 L=50nH以及電容 C=20pF在好的傳輸在線.如果有問題的傳輸線你得到電感 L=45nH以及電容 C=25pF 或是特性阻抗 Zo=42.4 ohm, 你可以發(fā)現(xiàn)電容C太多而電感L太少.

要增加電容 C 也許可以將線寬增加 （ W） 或是將對(duì)地之間的距離拉近. 線寬可以利用真正的物理量測試方法加以驗(yàn)證COUPON的真實(shí)值.

如果您想要確認(rèn)高度H, 那么您必須將測試片COUPON切片以及作一個(gè)測量.

傳輸在線的厚度T,將會(huì)造成電阻的降低而允許更多的電流在傳輸在線流動(dòng) 這樣的情況也就是會(huì)同時(shí)將電容C跟電感L都減少或是降低.

當(dāng)傳輸線接近接地/電源層時(shí)電感 L 將會(huì)降低.

這樣的信息可以壤您了解以及控制您特性阻抗的制程.

何謂PCB上傳輸線的頻寬或是傳輸速度? 這是定義數(shù)字傳輸訊號(hào)的上升緣在10-90%變化時(shí)在傳輸在線可以傳輸?shù)膠ui大的頻率.

大部分的 PCB設(shè)計(jì)者再今天為止都還沒有定義出傳輸在線的頻寬指要求特性阻抗 . 大部分指要求PCB制造廠提出諸如28, 50, 75 or 100 ohms的線. 但是在相同傳輸在線傳輸訊號(hào)的允許頻寬呢? 我們在此不是在說明有關(guān)阻抗匹配但是過高的電容C甚至過長的線路是否都會(huì)影響這些訊號(hào)的傳輸質(zhì)量呢? 頻寬 Bandwidth= 0.35/2.2RC.

你可以在得到50 ohms的特性阻抗要求下確有各種不同電感L跟電容C的組合.例如 , 你可以有一個(gè)傳輸線的設(shè)計(jì)在 50 ohms的特性阻抗要求以及 150mm 的長度,那么你可以得到50nH/20pF這時(shí)候你傳輸線的zui高的頻寬是159MHz.

然而PCB在布線時(shí)將傳輸線布成300mm長,但是這一條線的特性阻抗還是保持在50 ohms但是電容跟電感的值改變了40pF/100nH ,此時(shí)這一條線的頻寬將下降到只有79MHz. 

這一個(gè)線路的設(shè)計(jì)者也許有計(jì)算到全部的電容值C/每公分但是也許沒有注意到必須要求CAD的設(shè)計(jì)者將相關(guān)的距離考慮進(jìn)去.

真正的頻寬或是傳輸線的速度將會(huì)比計(jì)算或是設(shè)計(jì)的規(guī)格還要低,這也就是為什么有些PCB將真正工作的IC裝上去以后卻無法正常工作的原因.

所以這一個(gè)傳輸速度的參數(shù)規(guī)格定義對(duì)于PCB制造廠家來說是非常重要而必須的.