2025 Comment analyser l'impédance et la perte des PCB ?

Introduction

Impédance du PCB et les pertes sont cruciales pour la transmission de signaux à haute vitesse. Pour analyser ces canaux de transmission complexes, nous pouvons examiner leur impact sur les signaux à travers la réponse impulsionnelle du canal de transmission.

Qu'est-ce que l'impédance et la perte du PCB ?

La réponse impulsionnelle d'un circuit peut être mesurée en transmettant une impulsion étroite. Une impulsion étroite idéale est une impulsion avec une largeur infiniment étroite et une amplitude très élevée. Lorsque cette impulsion étroite se propage le long d'une ligne de transmission, elle est étirée et sa forme est liée à la réponse de la ligne. Mathématiquement, nous pouvons convoluer la réponse impulsionnelle du canal avec le signal d'entrée pour obtenir la forme d'onde du signal après transmission à travers le canal. La réponse impulsionnelle peut également être mesurée à travers la réponse échelonnée du canal. Puisque la dérivée de la réponse échelonnée est la réponse impulsionnelle, les deux sont équivalentes.

Il peut sembler que nous ayons trouvé une solution au problème, mais en réalité, les impulsions idéalement étroites ou les signaux échelonnés infiniment raides n'existent pas. Ils sont non seulement difficiles à générer, mais aussi difficiles à contrôler avec précision. Par conséquent, lors des tests réels, les ondes sinusoïdales sont souvent utilisées pour mesurer la réponse du domaine fréquentiel, et le logiciel de système de test de couche physique correspondant est utilisé pour mesurer la réponse du domaine temporel.

Comparées à d'autres signaux, les ondes sinusoïdales sont plus faciles à générer et leur fréquence et leur précision d'amplitude sont plus facilement contrôlées. Un analyseur de réseau vectoriel (VNA) peut mesurer avec précision les caractéristiques de réflexion et de transmission d'un canal de transmission à différentes fréquences en utilisant un balayage d'onde sinusoïdale sur une plage de fréquences allant jusqu'à des dizaines de GHz, avec une plage dynamique dépassant 100 dB. Par conséquent, les VNA sont principalement utilisés pour l'analyse moderne des canaux de transmission à haute vitesse.

Comment analyser l'impédance et la perte du PCB ?

Les caractéristiques de réflexion et de transmission d'un système sous test pour les ondes sinusoïdales de différentes fréquences peuvent être exprimées à l'aide de paramètres S. Les paramètres S décrivent les caractéristiques de transmission et de réflexion du DUT pour les ondes sinusoïdales de différentes fréquences. Si nous pouvons déterminer les caractéristiques de réflexion et de transmission d'un canal de transmission pour les ondes sinusoïdales de différentes fréquences, nous pouvons théoriquement prédire les effets d'un signal numérique réel passant par ce canal. En effet, dans le domaine fréquentiel, un signal numérique réel peut être considéré comme composé de nombreuses ondes sinusoïdales de différentes fréquences.

Pour une ligne de transmission asymétrique, il existe quatre paramètres S : S11, S22, S21 et S12. S11 et S22 reflètent les caractéristiques de réflexion des ports 1 et 2, respectivement, pour les ondes sinusoïdales de différentes fréquences. S21 reflète les caractéristiques de transmission des ondes sinusoïdales de différentes fréquences du port 1 au port 2, et S12 reflète les caractéristiques de transmission des ondes sinusoïdales de différentes fréquences du port 2 au port 1. Pour les lignes de transmission différentielles, puisqu'elles ont quatre ports, leurs paramètres S sont plus complexes, totalisant 16. Généralement, un analyseur de réseau vectoriel avec quatre ports ou plus est utilisé pour mesurer les lignes de transmission différentielles et obtenir leurs paramètres S.

Pourquoi l'impédance et la perte sont-elles si importantes ?

L'obtention de ces 16 paramètres S pour la ligne différentielle mesurée révèle de nombreuses caractéristiques importantes de la ligne. Par exemple, le paramètre SDD21 reflète la perte d'insertion de la ligne différentielle, et le paramètre SDD11 reflète sa perte de retour.

Nous pouvons obtenir plus d'informations en effectuant une transformée FFT inverse sur ces paramètres S. Par exemple, la transformation du paramètre SDD11 donne une forme d'onde de réflexion dans le domaine temporel (TDR), qui peut révéler les variations d'impédance le long de la ligne de transmission mesurée. Nous pouvons également effectuer une transformée FFT inverse sur les résultats SDD21 de la ligne de transmission pour obtenir sa réponse impulsionnelle, prédisant ainsi la forme d'onde ou le diagramme de l'œil des signaux numériques à différents débits de données après avoir traversé la paire de lignes différentielles. Cela fournit des informations très utiles aux ingénieurs en conception numérique.

Résumé

Ainsi, l'utilisation d'un analyseur de réseau vectoriel (VNA) pour mesurer les canaux de transmission de signaux numériques s'appuie sur des techniques d'analyse de micro-ondes RF, permettant des caractéristiques de canal très précises dans une plage de fréquences de dizaines de GHz. De plus, en effectuant de simples transformations dans le domaine temporel sur les résultats de mesure, nous pouvons analyser les changements d'impédance le long du canal et leur impact sur la transmission réelle du signal. Cela permet aux ingénieurs numériques d'évaluer la qualité des fonds de panier, des câbles, des connecteurs, PCBet d'autres composants à un stade précoce, éliminant ainsi la nécessité d'attendre que des problèmes de signal surviennent avant de réagir précipitamment.