Динамический рефлектометр для контроля волнового сопротивления микрополосковых линий и дифференциальных пар — модель ИРС‑35

№ 4’2016
PDF версия
В последнее время все большее количество ВЧ- и СВЧ-решений получает широкое распространение в различных сферах деятельности человека, например в спецтехнике, медицине, промышленности, коммуникационных технологиях.

При передаче сигналов на высоких частотах любые нарушения, возникающие в процессе изготовления печатных плат, приводят к изменению волнового сопротивления проводника и, как следствие, к искажению сигнала в месте дефекта. Для контроля волнового сопротивления линий ВЧ-изделий применяют специальные приборы — рефлектометры. Работа данных устройств основана на методе рефлектометрических измерений (TDR).

 

Назначение рефлектометра

Рефлектометры позволяют обнаруживать следующие дефекты:

  • изменения ширины и высоты (утонения/утолщения) участков проводников;
  • изменение ширины, деформацию покрытий ПП;
  • изменения диэлектрической проницаемости материалов;
  • изменения толщины диэлектрика;
  • ухудшение свойств, вызванное воздействием повышенных температур и влажности;
  • повреждения, вызванные повышенным давлением во время процесса прессования слоев ПП;
  • нарушение слоя диэлектрика.

Представленные выше дефекты всегда являются следствием нарушений технологического процесса, некорректного подбора используемых материалов или ошибками разработчиков.

 

Режимы работы рефлетометра

Учитывая постоянно растущий спрос на тестовое рефлектометрическое оборудование со стороны отечественных промышленных предприятий, специалисты компании «Совтест АТЕ» разработали динамический рефлектометр для контроля волнового сопротивления микрополосковых линий и дифференциальных пар модель ИРС‑35 (рис. 1). Принцип действия данного прибора заключается в анализе формы высокочастотного сигнала, распространяющегося по всей длине исследуемого проводника.

Динамический рефлектометр ИРС 35

Рис. 1. Динамический рефлектометр ИРС 35

Рефлектометр модель ИРС‑35 работает в двух режимах: одиночное и дифференциальное исследование. В первом случае проверяется одиночная полосковая линия, во втором — дифференциальная пара. Дифференциальный режим требует использования специального дифференциального пробника, который подключается к обоим портам тестера.

Среди факторов, влияющих на работу рефлектометра, можно выделить температуру и влажность окружающей среды, поэтому в программном обеспечении предусмотрена автоматическая корректировка измерений сигнала по времени.

 

Программное обеспечение рефлектометра

Интуитивно понятный русскоязычный интерфейс управляющего программного обеспечения ИРС‑35 (рис. 2) позволяет оператору быстро измерить волновое сопротивление в любой точке полосковой линии, а также отследить любое ее изменение по всей длине контролируемой полосковой линии в режиме реального времени.

Интерфейс программного обеспечения измерителя волнового сопротивления ИРС 35

Рис. 2. Интерфейс программного обеспечения измерителя волнового сопротивления ИРС 35

Для удобства пользователя график волнового сопротивления в главном окне программы построен в координатах времени и расстояния (распространение сигнала по всей длине измерения). Это позволяет определить расстояние до места неоднородности (обрыва, КЗ или нарушения геометрии полосковой линии), ее размер и общую длину линии передачи данных с учетом коэффициента диэлектрической проницаемости изолятора, который можно задать вручную или выбрать из перечня наиболее часто используемых материалов при производстве печатных плат (ПП).

Примеры обнаружения неоднородностей

  1.  Изменение ширины участков проводников

По форме графика на рис. 3 видно, что часть проводника имеет повышенное волновое сопротивление (разница около 7 Ом). Это сви-детельствует об утонении проводника в данном месте. Возможность отображения оси Х в миллиметрах позволяет видеть расстояние до дефекта (около 280 мм при общей длине проводника в 440 мм).

Рис. 3. График изменения волнового сопротивления по всей длине годного проводника (а) и проводника с утонением (б). Масштаб сетки: по оси Х одна клетка соответствует 200 пс, по оси Y — 10 Ом

Рис. 3. График изменения волнового сопротивления по всей длине годного проводника (а) и проводника с утонением (б). Масштаб сетки: по оси Х одна клетка соответствует 200 пс, по оси Y — 10 Ом

  1.  Изменение толщины диэлектрика

Данную неоднородность можно обнаружить тем же способом, что и в примере 1. На рис. 4 представлен график изменения волнового сопротивления проводника на печатной плате с вздутиями и отслоениями, образовавшимися вследствие нарушения процесса прессования. Таким образом, увеличение расстояния между проводником и слоем «земли» привело также к увеличению волнового сопротивления про-водника в этом месте (разница 13–15 Ом). Расстояние до неоднородности около 210 мм.

График изменения волнового сопротивления по всей длине проводника на ПП с отслоениями. Масштаб сетки: по оси Х одна клетка соответствует 200 пс, по оси Y — 10 Ом

Рис. 4. График изменения волнового сопротивления по всей длине проводника на ПП с отслоениями. Масштаб сетки: по оси Х одна клетка соответствует 200 пс, по оси Y — 10 Ом

  1.  Обрыв проводника

Длина графика волнового сопротивления проводника с обрывом, представленного на рис. 5б, будет пропорциональна расстоянию от начала проводника до места обрыва (около 200 мм) и времени распространения импульса.

График волнового сопротивления

Рис. 5. График волнового сопротивления:
а) годного проводника;
б) проводника с обрывом. Масштаб сетки: по оси Х одна клетка соответствует 200 пс, по оси Y — 20 Ом

  1.  Короткое замыкание

График волнового сопротивления проводника, замкнутого на «землю», также позволяет определить расстояние до места дефекта (около 180 мм). Однако форма сигнала будет отличаться (рис. 6).

График волнового сопротивления годного проводника, замкнутого на «землю». Масштаб сетки: по оси Х одна клетка соответствует 200 пс, по оси Y — 20 Ом

Рис. 6. График волнового сопротивления годного проводника, замкнутого на «землю». Масштаб сетки: по оси Х одна клетка соответствует 200 пс, по оси Y — 20 Ом

Все органы управления рефлектометром модель ИРС‑35 отображаются на мониторе управляющего ПК в одном окне. Соответственно, пользователь может оперативно переключаться между режимами тестирования, масштабировать ту или иную часть сигнала для более детального его изучения и корректировать параметры тестирования в режиме реального времени.

В рефлектометре модель ИРС‑35 реализована возможность работы как в режиме одиночных измерений, так и по заранее созданной тестовой программе. По результатам выполнения программы выводится отчет со статусом «годен/негоден», содержащий детальную информацию о дефектах. Инструмент накопления статистики по каждому конкретному изделию позволяет выявить возможные нарушения производственного процесса, а также неисправности, возникшие из-за применения в производстве ПП некачественных материалов.

Управляющее программное обеспечение рефлектометра модель ИРС‑35 может быть расширено дополнительными плагинами и опциями с учетом нужд конкретного производства и пожеланий заказчика. В таблице представлены технические характеристики динамического рефлектометра ИРС-35.

Таблица. Технические характеристики динамического рефлектометра ИРС‑35

Количество каналов

2 канала

Метод измерений

TDR (рефлектометрический метод)

Время нарастания импульса (10–90%)

35 пс

Время измерений

75 нс ±5%

Разрешение по времени

3 пс

Диапазон измерений

до 5 м

Разрешение по длине проводника

6,35 мм

Амплитуда

±250 мВ

Искажения

+10%, –5%, максимум 15% от пика до пика, первую 1 нс
+3%, –3%, общее или 5% от пика до пика, после 1 нс

Калибровка

программная калибровка по внутреннему или внешнему кабелю (±1%, 50 Ом)

Защита от статического заряда

требуется защита от статического заряда

Разъемы

2 SMA-разъема

Программное обеспечение

ПО Sovtest TDR под управлением Windows

Горизонтальная шкала

мм, время (нс)

Вертикальная шкала

мВ, Ом, Rho, дБ

Диэлектрическая проницаемость

задается пользователем, выбор из списка по типу материала

Режимы работы

одиночные измерения, по тестовой программе

Режимы измерений

одиночной полосковой линии, дифференциальной пары

Отчетность

отчеты по найденным дефектам, накопление статистики

Температура

рабочая температура 0…+40 °C

 

Вывод

Использование рефлектометра модель ИРС‑35 позволяет выявлять ошибки в технологическом процессе, контролировать качество материалов, из которых изготавливаются высокочастотные ПП, а также устранять недочеты в конструкторской документации, допущенные разработчиками высокочастотных печатных плат.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *