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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 均可以利用這一個公式計算得到: 

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

這一個公式里的 L是指電感而C代表的是測量層對地的電容.

當利用電容跟電感的方式測量特性組抗的值時須注意: 

測量pcb上銅軌真實的電容跟電感所得到的特性阻抗值Zo可以比利用時間延遲這個方法且假設(shè)FR4的時間系數(shù)為0.6來的準確而更可真實的反應(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)將會使得VOP改變,而這一個變化也會使得介電常數(shù)DK變化,所以說為何介電常數(shù)的值會是介于 4.0 -- 4.6之間. 而介電常數(shù)改變則電榮也會跟著變化.

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

然而在我們的經(jīng)驗中發(fā)現(xiàn)有非常大的部分PCB生產(chǎn)廠家在這一個環(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有所差異.

為什么利用L 與 C的測量

對于高速訊號而言,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)計值呢?例如您希望得到一個 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證COUPON的真實值.

如果您想要確認高度H, 那么您必須將測試片COUPON切片以及作一個測量.

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

當傳輸線接近接地/電源層時電感 L 將會降低.

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)字傳輸訊號的上升緣在10-90%變化時在傳輸在線可以傳輸?shù)膠ui大的頻率.

大部分的 PCB設(shè)計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影響這些訊號的傳輸質(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 , 你可以有一個傳輸線的設(shè)計在 50 ohms的特性阻抗要求以及 150mm 的長度,那么你可以得到50nH/20pF這時候你傳輸線的zui高的頻寬是159MHz.

然而PCB在布線時將傳輸線布成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 ,此時這一條線的頻寬將下降到只有79MHz. 

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

真正的頻寬或是傳輸線的速度將會比計算或是設(shè)計的規(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.

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