深度揭秘,阻抗測試(shì)那些你(nǐ)所不知道的內幕
發布時間:2021-07-05 16:02:28
高速先生成員--王輝東(dōng)
最近,新晉級的(de)SI攻城獅(shī)雷豹運氣有點黴,剛剛經受了Pin delay的折磨,現在又碰到一個怪異的事情,某客戶產(chǎn)品性能有問題,經(jīng)多次排查後(hòu),發現板內(nèi)阻抗(kàng)測試結果不達標,但(dàn)是板廠的出貨報告,卻顯示阻抗(kàng)值達標。這讓(ràng)雷(léi)豹犯了難,到底該相信誰呢?唉!真是屋漏偏逢連夜雨,船遲又遇打頭風,剛轉SI不久,偏(piān)偏問(wèn)題卻(què)都集中爆發,難道問題會欺生?
還好雷豹(bào)沒有(yǒu)自暴自棄,也沒有被(bèi)問題嚇倒,因為他的身後還有他的師傅,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(fù)看了(le)一眼,阻抗(kàng)結果是這樣的:
師(shī)傅定(dìng)睛一看,然後就輕輕(qīng)的轉過頭瞟了他一眼,反問道:“你確定(dìng)這個客戶會(huì)測試阻抗嗎?”
這問題問得雷豹丈二和尚摸不著頭腦,作為(wéi)新人還沒有開始接觸阻(zǔ)抗測試方麵的培訓,更沒有摸過阻抗測試儀(TDR),隻是以前在做(zuò)PCB設計時,和工廠的EQ工程師溝通阻抗時,聽那人說過阻(zǔ)抗(kàng)測試就是:
袖子一挽(wǎn)
探頭一點
數據顯現
截圖交單
但真的是(shì)這(zhè)樣嗎,雷豹不敢說,怕說錯了引來師(shī)傅的暴雷(léi)。
於是他搖(yáo)了(le)搖(yáo)頭。
還好他平日勤奮好學,態度又端正,深得師傅喜歡,不待雷豹開口,師傅就搶先說道:“任何測試(shì)都是(shì)有判斷標準的,阻(zǔ)抗測試(shì)也是(shì),並不是(shì)隨便測個圖形就能說明有無(wú)問題,還要看這個測試本身的圖形是(shì)否規(guī)範,如果沒有按照要求來進行的測試(shì),測出來的結果可能就沒有任何意(yì)義,有時甚(shèn)至帶來負麵影響(xiǎng),導致問題的定位朝著(zhe)錯誤的方向發展(zhǎn),最終鑽進了死胡同,找不到問題不(bú)說,反而會耽誤很(hěn)多(duō)時間,這個是我們debug的大忌。”
師傅看雷豹聽得入神,端起茶杯,慢慢地呷(gā)了一口水,繼續說(shuō)道(dào):
“阻抗測試(shì)的標準或者說規(guī)範,其實也沒(méi)有一(yī)個公認的標準組織(zhī)來製定(dìng),目前坊間流傳最廣的一個是IPC的測試標準,另一個是Intel的(de)測試方法(fǎ)。
IPC的標準簡而言之就是待測線路的阻抗線(xiàn)需要完整(zhěng)顯示在儀器屏(píng)幕上,時間上就是(shì)從探頭接觸點(diǎn)開(kāi)始到最終開(kāi)路的位置都需要完整的顯示在TDR屏幕上,而測量區間(jiān)是從(cóng)整個時間段的(de)30%~70%時間區域,也就是說示波器的讀數是在這個區域內進行的最(zuì)大最小(xiǎo)取(qǔ)值,如下圖所示:
而Intel采(cǎi)用了一種更平均的方法,要求似乎放得更寬,它的測量(liàng)區間為整(zhěng)個線路時間段的50%~70%區域,如下(xià)圖所示:
結合(hé)泰克的TDR儀器,對測試進行了進一步的規範,同時對起始點和末端開路點顯(xiǎn)示也做了一定的要求,測量平穩狀(zhuàng)態基本在20%~90%段的(de)屏(píng)幕區間上,而取值是按照50%~70%的屏(píng)幕區間進行,具體如下圖所示:
Intel的這(zhè)個(gè)方法被大多數PCB板廠所接受,所以現在國內的主流板廠在(zài)出廠報告上所(suǒ)測試的阻抗值都是基於50%~70%這個範圍區間,隻要這個範圍阻抗不超標,那麽板(bǎn)廠(chǎng)的製板就(jiù)是滿足要求的,並且因為板內阻抗(kàng)線數量眾多,很難(nán)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(de)阻抗Coupon條,這和板(bǎn)內的實際情況多少還是有(yǒu)點差別。”
雷(léi)豹被師傅(fù)高深莫測的學識深深震撼,完全沉浸在對師傅如滔滔洪水般的敬仰中而不可自拔。他癡癡的望著師傅(fù),絕對是一個虔誠的弟子。
師傅看著他的神情,這時又賣(mài)了個關子,問道:“你現在可(kě)知道我開始問你的答案是什麽了?”
雷豹趕忙從一愣神中驚醒過來,心(xīn)想還好自己頭腦反應快接受能力強,經師傅輕輕一點(diǎn)撥,確實明(míng)白了很(hěn)多,於是就非常自信(xìn)地回道:“現在看(kàn)來,這個客戶確實不是很懂阻抗(kàng)測試,從提供(gòng)的(de)測(cè)試圖片來看(kàn),線路(lù)時間沒有分布(bù)在整個屏幕上,另外也沒有測量區間,測量的(de)時間及阻抗刻度都很大,看不出(chū)具體(tǐ)的數值(zhí),可以說這個測試結果沒(méi)有(yǒu)任何意義,就像師傅前麵說的,這種(zhǒng)結果可能會誤導查找問題(tí)的方向,正確的測試結果應該(gāi)是如下圖這樣的。”
師傅聽了(le)雷豹的回答,內心一片(piàn)歡喜,心裏暗道孺子可教也,又擔心徒弟驕傲自(zì)滿,於(yú)是又喜怒不(bú)形於(yú)色地問道:“既然板廠的出(chū)廠報告是滿足要求的(de),從實際工程來講,是不是就不用懷疑阻抗的問題了呢(ne)?”
師傅這一問,正是雷豹之前有點(diǎn)迷惑的地方,“真是知(zhī)我者師傅也”。
雷豹心裏暗暗驚歎師傅的無所不知,心想(xiǎng)以後有什麽事還是(shì)不要做小動作耍小(xiǎo)聰明的好,估(gū)計是瞞不(bú)過(guò)師傅的法眼,可是自(zì)已又不能在師傅(fù)麵前露怯,隻好硬著頭皮說(shuō)道:
“我猜(cāi)板廠的阻抗測(cè)試隻(zhī)能保證屏幕顯示50%~70%那一段線路的阻(zǔ)抗情況,而實際產品是需要看整個線路段的阻抗,很多時候即使(shǐ)板廠的數據是滿足要求的,但取值範(fàn)圍外的阻抗有(yǒu)可能超標,而這部分超標的數據是不會顯示在(zài)阻抗出廠報告裏麵的,所以我想就算板(bǎn)廠的測試數據是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(yī)般是在線(xiàn)路的兩端,這個時候過孔的阻抗就(jiù)不(bú)會進入那個(gè)阻(zǔ)抗的測試區(qū)間,即使(shǐ)阻抗偏低超出要求,板廠的測試(shì)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(tú)片一樣(yàng)。如下圖:
雖(suī)然測量區間的結果是滿足要求的,但圖中M1和M3那兩個標示出來的部分應該是過孔或者芯片封裝,由於阻抗沒有優化到位,這兩個部分的阻(zǔ)抗就(jiù)偏低很多,造成最終整體線路的阻(zǔ)抗不匹配,從而導致信(xìn)號有比較大的(de)反射,最終影響信號的質(zhì)量以及係統的工作不穩(wěn)定如(rú)丟包等現象。不知(zhī)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,果然是天資比較聰穎一(yī)點就通,天生就是學習的料,也不妨師傅當初執意要求領導,從幾百名設計工程師裏麵(miàn)破格挑選(xuǎn)出來的一片苦心(xīn)。問題回答基本上到位了,但還有一點比較(jiào)關(guān)鍵,師傅覺得有必要再補充一下,於是師傅微微一笑,滿意地說道:
“掌握得差(chà)不(bú)多了,但還是有點過於理想,我前麵其實提到(dào)過,板廠的出(chū)廠報告測的基本是板邊的Coupon條,壓根就不會對板(bǎn)內的線路阻抗進(jìn)行(háng)測試(shì),除非客戶有圖片提出明確的需要在板上哪個位置哪個點(diǎn)進行測試(很少有客戶會有這種(zhǒng)要求,還要看板廠是否願意配合),否則板廠是沒法找到對(duì)應板上的線路進行實測的,因為我們一般提(tí)供給板廠的是Gerber光繪文件(jiàn),板子做出來後,通過(guò)這個光繪文(wén)件是沒(méi)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(jì)線寬(kuān)一致的標準(zhǔn)阻抗條來進行測試,這樣這個阻抗條線路其實是比較理想的,中間也沒有過孔等其他因(yīn)素的影響,測試出來結果當然就比較(jiào)理想,這也是為什(shí)麽(me)很多時候(hòu)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(chà)的原因,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。”
