Kontrola impedance plošných spojů při výrobě DPS

CITS900s4 je už sedmá generace systému pro testování impedance na DPS firmy Polar Instruments. Tento model je oblíbený zejména u uživatelů, kteřís kontrolou impedance začínají. Systém umožňuje měřit diferenciální i jednotlivé spoje a má 4 měřicí kanály pro připojení různých měřicích sond.

Řízená impedance na deskách plošných spojů se využívá u různých zařízení,kde je potřeba dodržet celistvost přenosu signálu plošným spojem (signal integrity).Návrháři desek specifikují tuto podmínku, když se v obvodu vyskytují rychlé signály s hranou kratší než 1 ns.

Charakteristická impedance plošného spoje je určena jeho rozměry a vlastnostmi materiálu desky, které se však mohou s každou dodávkou materiálu změnit.Aby mohli výrobci kontrolovat impedanci i při rozdílných vlastnostech materiálu desky, manipulují obvykle s šířkou spoje. V minulosti museli výrobci používat speciální laboratorní zařízení, pomocí kterého měřili charakteristiky zkušebního spoje vyleptaného na desce nebo testovacího kupónu. Tento postup byl velmi komplikovaný, drahý a vzdálený praxi ve výrobě.

Mnozí vývojáři, zejména ti, kteří pracují v leteckém, vojenském a telekomunikačním průmyslu, kladou neustále vyšší a vyšší nároky na své obvody a tím i na desku plošných spojů. Tím, že používají velmi rychlé obvody a diferenciální páry, požadují od výrobců dodržení předepsané impedance plošných spojů.

CITS měřicí systém

Použitím testovacího systému CITS firmy Polar Instruments je kontrola impedance(vč. diferenciální) při výrobě DPS poměrně jednoduchou záležitostí. Práce s tímto systémem je skutečně snadná.Dodávaný software automatizuje každý aspekt testování, takže celý proces se spouští jedním kliknutím tlačítka myši nebo nožního pedálu. Na desku plošných spojů se přiloží sondy, vybere se testovací soubor dat obsahující údaje o požadované impedanci desky a její tolerance a měřicí proces se spustí (obr. 1 a 2).Pro zrychlení celého procesu může systém CITS automaticky vykonat celou sérii měření impedancí a pouze vyzvat obsluhu ke změně poloh sond, pokud to bude potřeba.

Obr. 1 CITS měřicí pracoviště

Obr. 2 Měření impedance s CITS

Výsledkům měření je snadné porozumět.CITS automaticky vyhodnotí data,zhotoví jednoznačný graf charakteristických impedancí v závislosti na délce a jasně označí výsledek (vyhovuje/nevyhovuje).Naměřené výsledky spolu s nastavenými daty systému a zadanými kritérii mohou být pro další statistické zpracování exportovány do různých databázových formátů nebo tabulkových procesorů.Informace o tom, zda deska prošla testem nebo ne, je také přenášena elektronicky na zadní panel měřicího zařízení,čímž je zajištěno případné napojení na další zařízení výrobce DPS. Výsledky lze samozřejmě vytisknout a dodat zákazníkovi jako doklad o testování.Volitelným příslušenstvím je také čtečka čárových kódů, která umožňuje snímat identifikační štítky desek během testování,čímž se zamezí chybám a ušetří čas.

Pracovníci zodpovědní za kvalitu výroby si mohou sami nastavit parametry měření, limity pro vyhovující a nevyhovující testy, způsob zpracování výsledků atd. Vícebodová kalibrace s referenčními čarami umožňuje měření impedance od 28 Wjednotlivých plošných spojů až do 150 Wdiferenciálních spojů.

Měřicí sondy

Pro měření na jednotlivých i diferenciálních párech jsou k dispozici různé sondy.Liší se počtem měřicích hrotů (2, 3 a 4)a roztečí mezi nimi (obr. 3 a 4). Sondy se pevně přitlačí svými pružnými hroty na plošné spoje. Navržení testovacích kupónů na DPS v souladu s požadavky měřicích sond přispívá k minimalizaci nákladů na tato měření.

Obr. 3 Sonda pro jednotlivé spoje

Obr. 4 Diferenciální sonda se 4 hroty

Měření DC odporu

Jako doplněk k měření vysokofrekvenční impedance přenosové linky vyžadují některé OEM firmy i měření stejnosměrného odporu plošných spojů. SoftwareCITS900s má nyní jako volitelné příslušenství k měření impedance i paralelní měření tohoto odporu. Přesné měření DC odporu se provádí přístrojem Agilent34410 za pomoci uživatelských sond Polar Kelvin.

Návrh DPS a řízení jejich výroby

Zatímco testovací systém CITS umožňuje kontrolovat dosaženou impedanci na vyrobených deskách, jiný systém firmy Polar Instruments umožňuje navrhnout desku tak, aby bylo možné požadovanou impedanci vyrobit. K tomu slouží systémy Si8000m a Si9000m, které kalkulují rozměry plošných spojů a jejich mezery. Tyto systémy používají jak návrháři, tak i výrobci. Použití některého z těchto systémů umožní návrháři připravit desku se spoji vhodnými pro výrobu s řízenou impedancí, stejně jako doladit rozměry spojů u výrobce podle konkrétních vlastností materiálu desky. Použití obou systémů, CITS na straně výrobce desek a Si8000m nebo Si9000 na straně návrhu i výroby, zajišťuje úplné řešení pro návrh, výrobu a testování desek s požadovanou impedancí.

Více informací o systémech pro měření impedance na deskách plošných spojů je na webových stránkách firmy Polar Instruments www.polarinstruments.com.