PCB設計深度揭秘,阻抗測試那些你(nǐ)所不知道的內幕
發布(bù)時間:2021-07-05 16:02:28
高速先生成員--王輝東
最近,新晉(jìn)級的SI攻(gōng)城獅雷豹運氣有點黴,剛剛經受了Pin delay的折磨(mó),現在又碰到一個怪異的(de)事情(qíng),某客戶產品性能有問題,經多次排查後,發現板內阻抗測試結果不達標,但是板廠的出貨(huò)報告,卻顯示阻抗值達標。這讓雷(léi)豹犯了難,到(dào)底該相信誰呢?唉!真是屋漏偏逢連(lián)夜(yè)雨,船遲又遇打頭風,剛轉(zhuǎn)SI不久,偏偏問題卻都集中爆發,難道(dào)問題會欺生?
還好雷豹沒有自暴自棄,也沒有被問(wèn)題嚇倒,因(yīn)為(wéi)他的身後還(hái)有他的師(shī)傅,為他遮風擋雨,排憂解難(nán)。於是他把客(kè)戶發給他的阻抗測試圖片給師傅看了一眼,阻抗結果是這樣的:

師傅(fù)定睛一看,然後就輕輕的(de)轉過頭瞟了他一眼,反問道:“你確定(dìng)這個客戶會測試阻抗嗎?”
這問題問得雷豹丈二和尚摸不著(zhe)頭腦,作為新人還沒有開始接觸阻抗(kàng)測試方麵(miàn)的培訓,更(gèng)沒有摸過(guò)阻抗測試(shì)儀(TDR),隻是以前在做PCB設計時,和工廠的(de)EQ工程師溝通阻抗時(shí),聽那人說過阻抗測試就是:
袖子一挽
探頭一點
數據顯(xiǎn)現
截圖交單
但真的是這樣嗎,雷豹不敢說(shuō),怕(pà)說(shuō)錯了引來師傅的暴雷。
於是他搖了搖(yáo)頭。
還好他平日勤奮好學,態度又端正,深(shēn)得師傅喜歡,不(bú)待雷豹(bào)開口,師傅就(jiù)搶先說道:“任何測(cè)試都是有判斷標準的,阻抗測試也是(shì),並(bìng)不是隨便測個圖形就能說明(míng)有(yǒu)無問題,還要看這個測試本身的圖(tú)形(xíng)是(shì)否規範(fàn),如果沒有按照要求(qiú)來進行的測試,測出來的結果(guǒ)可能就沒有任(rèn)何意義,有時甚(shèn)至帶來負麵影響,導致(zhì)問題的定位朝著錯(cuò)誤的方向發展,最終鑽進了死(sǐ)胡同,找不到問題不說,反而會耽誤很(hěn)多時間(jiān),這個是(shì)我們debug的大忌。”
師傅(fù)看雷豹聽得入神,端起(qǐ)茶杯(bēi),慢慢(màn)地呷(gā)了一口水,繼續說(shuō)道(dào):
“阻抗測試的標準或者說規範,其實也沒有一個公認的標準組織(zhī)來製定,目前坊間流傳最廣的一個是IPC的測試標準,另一個是Intel的測試方法。
IPC的標準簡而言之就是待測線路(lù)的阻抗線(xiàn)需要完整顯(xiǎn)示(shì)在儀器屏幕上,時間上就(jiù)是從探頭接觸點開始到最終開路的位置(zhì)都需(xū)要完整的顯(xiǎn)示在TDR屏幕上(shàng),而測量區間是從整個時(shí)間段的30%~70%時間區域,也就是說示波器的讀數是(shì)在這個區(qū)域內進行的最大最小(xiǎo)取值,如下圖所示(shì):

而Intel采用了一(yī)種更平均的方法,要求似乎放得更(gèng)寬,它的測量區(qū)間為整(zhěng)個線路時間(jiān)段的50%~70%區域,如下圖(tú)所示:
結合泰克的(de)TDR儀器(qì),對測試進行了進一步的規範,同時對起始點和末端開(kāi)路點顯示(shì)也做了一定的(de)要求,測(cè)量平穩狀態基本在20%~90%段的屏幕區間(jiān)上(shàng),而(ér)取值是(shì)按照50%~70%的屏幕區間(jiān)進行,具體如下圖所示:
Intel的這個方法被大(dà)多(duō)數PCB板廠所接(jiē)受,所(suǒ)以現在國(guó)內(nèi)的主流板廠在出廠報告上所(suǒ)測試的阻抗值都是基於50%~70%這個(gè)範圍區間,隻要這個範圍(wéi)阻抗不超標,那麽板廠的(de)製板(bǎn)就是(shì)滿足要求的,並且因為板內(nèi)阻(zǔ)抗線數量眾多,很難一一實測,所以PCB工(gōng)廠測試的(de)線路也並(bìng)非板內實際走線,而是板邊附帶的阻抗Coupon條(tiáo),這和板內的實(shí)際情況多少還(hái)是有點差別。”
雷豹被師傅高深莫測的學識深深(shēn)震撼,完全(quán)沉浸在對師傅如滔滔洪水般的敬(jìng)仰中而不可自拔。他癡癡的望(wàng)著師傅,絕對是一個虔(qián)誠的弟子。
師傅看(kàn)著他的神情,這時又賣了個關子,問道:“你現在可知道我開(kāi)始(shǐ)問你的答案是什麽了?”
雷豹趕忙(máng)從一愣神中驚醒過來(lái),心(xīn)想還好自己頭腦反應快接受能力強,經師傅輕輕一點撥,確實明白了很多,於是就非常自信地回(huí)道:“現在看來,這個客戶確實不是很(hěn)懂阻抗測試(shì),從提供的測試圖片來(lái)看,線路時間沒有分布在(zài)整個(gè)屏幕上,另外也沒有測(cè)量區間,測量的時間及(jí)阻抗刻度都很大,看不出具體的數值,可以(yǐ)說這個測試結(jié)果沒有任何意義,就像師傅前麵說的,這種結果可能會誤導查找問(wèn)題的方向,正確的測試結果應該是如下圖這樣的。”
師傅聽了雷豹的回答,內心一片歡喜,心裏暗(àn)道孺子可教也,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,從實際工程來講,是(shì)不(bú)是就不用懷疑阻抗的問題了(le)呢?”
師傅這一問,正是雷豹之前有(yǒu)點迷惑的地方,“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要做小動作耍小聰明的好,估計是瞞不過師傅(fù)的法眼(yǎn),可是自已(yǐ)又不能在師(shī)傅麵前露怯,隻好硬著頭皮說道:
“我猜(cāi)板廠的阻(zǔ)抗測試隻能保證屏幕顯示50%~70%那一段線路(lù)的阻抗情況,而實際產品是需要(yào)看(kàn)整個線路段的阻抗,很(hěn)多時候即使板廠的數據是滿足要求的,但取(qǔ)值範圍(wéi)外的阻(zǔ)抗有可能超標,而這(zhè)部分(fèn)超標的數據(jù)是不會顯示在阻抗出(chū)廠報告裏麵的,所以我想就算板廠的測試數據是ok的,也不能保證實際線路阻抗就一(yī)定沒(méi)有問題,比如(rú)很多時候連接器或者BGA出線處會有過孔,而這(zhè)個過孔一般是在線路的兩端,這個時候(hòu)過孔的阻抗就不會進入那個阻抗的測試區間(jiān),即使(shǐ)阻抗偏低超出要求,板(bǎn)廠的測(cè)試數據也不會顯示出來,就像(xiàng)下麵這(zhè)個帶了芯片的實際產品阻抗測(cè)試的圖片(piàn)一樣。如下圖:
雖然測量區間的結果是滿足要求的,但圖中M1和(hé)M3那兩個標示出來的部分應該是過孔或者芯片封裝(zhuāng),由於阻抗沒有優化到位,這(zhè)兩個部分的阻抗(kàng)就偏低很多,造成最終整體線路的阻(zǔ)抗(kàng)不匹配,從而(ér)導致信號有比(bǐ)較大的反射,最終影響信號(hào)的質量以及係統的工作不穩定如丟包等(děng)現象。不知(zhī)道(dào)我的想法對不對,還望師傅指點迷津。”
這就是雷豹令(lìng)師傅比較滿意的地方,果然(rán)是天資比(bǐ)較聰穎一點就通,天生就是學(xué)習的料,也(yě)不妨師傅當初執意要求領(lǐng)導,從幾百名設(shè)計(jì)工程師裏麵破格挑選出來的一片苦心。問題回答基本上到位了,但還有一點比較關鍵,師傅覺得有必要再補充一下,於是師傅(fù)微(wēi)微一笑,滿意地說(shuō)道:
“掌握得差不多了,但還是有點過於理想,我(wǒ)前麵其實提到過,板廠(chǎng)的出廠報告測的基本是板邊的Coupon條,壓根就(jiù)不會對板內的線路阻抗進行測試,除非客戶有圖片提出明確的需要在板上哪個位置哪個點進(jìn)行測試(很少有(yǒu)客戶會有這種要求,還要看板廠是否願意配合),否則板廠(chǎng)是沒法找到對應板上的線路進行實測的,因為我們一般提供給板廠的是Gerber光(guāng)繪文件,板子做出來後,通過這個光繪文件是沒法找到具體線路的,所以板廠隻能在板邊模擬(nǐ)一個和板內實際線寬一致的標準(zhǔn)阻抗條來進(jìn)行測試,這(zhè)樣這個阻抗條線路其實是比較理想的,中間也沒有(yǒu)過孔等其他因(yīn)素的影響,測(cè)試出來結果(guǒ)當然就比較理想,這也(yě)是為什麽(me)很多(duō)時候板廠的出廠報告是滿足要求的,但實際板上線路阻抗卻有較大偏差的原因,可以看看下麵圖片(piàn)中阻抗條與板內阻抗的測(cè)試結果差異就知道了。”
