新加坡Qtest CIMS 1000 特性阻抗测量仪   一种全新的特性阻抗测量模式,传输速度,PCB介电常数以及串音干扰 

Pcb上传输线或是铜轨的特性阻抗 Zo 均可以利用这一个公式计算得到: 

Zo=Sqrt ( L电感/C电容) for high speed signal……

这一个公式里的 L是指电感而C代表的是测量层对地的电容.

当利用电容跟电感的方式测量特性组抗的值时须注意: 

测量pcb上铜轨真实的电容跟电感所得到的特性阻抗值Zo可以比利用时间延迟这个方法且假设FR4的时间系数为0.6来的准确而更可真实的反应出版上的问题 .不同的混合性材料如玻璃跟合成数脂的合成材质将会使得VOP改变,而这一个变化也会使得介电常数DK变化,所以说为何介电常数的值会是介于 4.0 -- 4.6之间. 而介电常数改变则电荣也会跟着变化.

所以说当材质的改变造成VOP变化时如果您利用的是TDR的测量模式则必须将这一个重要的影响放进你的计算参数里面 .

然而在我们的经验中发现有非常大的部分PCB生产厂家在这一个环节上都忽略了,而还是延用初的VOP值,所以后特性阻抗的测量值都会有所差异.

为什么利用L 与 C的测量

对于高速讯号而言,特性阻抗 Zo 是由电感 L 以及电容 C 决定.已知的电感 L跟电容 C 可以让你控制特性阻抗 Zo.

你如何解决特性阻抗无法符合您的设计值呢?例如您希望得到一个 50ohms +-5 ohms但是利用TDR的测试方法得到只有 42.4 ohms的测试值.

在测试片上,一条长150mm的传输线是 50 ohms的设计也许有电感 L=50nH以及电容 C=20pF在好的传输在线.如果有问题的传输线你得到电感 L=45nH以及电容 C=25pF 或是特性阻抗 Zo=42.4 ohm, 你可以发现电容C太多而电感L太少.

要增加电容 C 也许可以将线宽增加 ( W) 或是将对地之间的距离拉近. 线宽可以利用真正的物理量测试方法加以验证COUPON的真实值.

如果您想要确认高度H, 那么您必须将测试片COUPON切片以及作一个测量.

传输在线的厚度T,将会造成电阻的降低而允许更多的电流在传输在线流动 这样的情况也就是会同时将电容C跟电感L都减少或是降低.

当传输线接近接地/电源层时电感 L 将会降低.

这样的信息可以壤您了解以及控制您特性阻抗的制程.

何谓PCB上传输线的频宽或是传输速度? 这是定义数字传输讯号的上升缘在10-90%变化时在传输在线可以传输的的频率.

大部分的 PCB设计者再今天为止都还没有定义出传输在线的频宽指要求特性阻抗 . 大部分指要求PCB制造厂提出诸如28, 50, 75 or 100 ohms的线. 但是在相同传输在线传输讯号的允许频宽呢? 我们在此不是在说明有关阻抗匹配但是过高的电容C甚至过长的线路是否都会影响这些讯号的传输质量呢? 频宽 Bandwidth= 0.35/2.2RC.

你可以在得到50 ohms的特性阻抗要求下确有各种不同电感L跟电容C的组合.例如 , 你可以有一个传输线的设计在 50 ohms的特性阻抗要求以及 150mm 的长度,那么你可以得到50nH/20pF这时候你传输线的的频宽是159MHz.

然而PCB在布线时将传输线布成300mm长,但是这一条线的特性阻抗还是保持在50 ohms但是电容跟电感的值改变了40pF/100nH ,此时这一条线的频宽将下降到只有79MHz. 

这一个线路的设计者也许有计算到全部的电容值C/每公分但是也许没有注意到必须要求CAD的设计者将相关的距离考虑进去.

真正的频宽或是传输线的速度将会比计算或是设计的规格还要低,这也就是为什么有些PCB将真正工作的IC装上去以后却无法正常工作的原因.

所以这一个传输速度的参数规格定义对于PCB制造厂家来说是非常重要而必须的.