So messen Sie die Impedanz der Leiterplattenspur

Ich arbeite an einem Front-End-Elektronikdesign, das für mein MS-Projekt mit 200 MHz bis 1 GHz arbeitet. Ich habe die Schaltung und die Leiterplatte entworfen. Die Spurenbreite wurde durch Simulationen berechnet. Nachdem ich dies meinem örtlichen Fabrikhaus gegeben habe, haben sie mir einen etwa 1 Fuß langen Leiterplattenstreifen mit einigen Durchkontaktierungen auf jeder Seite und einer Spur zur Verfügung gestellt, die sie verbindet. Diese Spur wird als Differenz von 50 Ohm und 100 Ohm bezeichnet. Aber mein Führer möchte es selbst überprüfen. Meine Frage ist, wie ich die charakteristische Impedanz von Leiterplattenspuren, sowohl Einzel- als auch Differentialpaare, praktisch messen kann. Welche Instrumente brauche ich und wie verbinde ich sie mit dem Strip, da ich an Testpunkten keinen 50-Ohm-Stecker hinzufügen kann.

Sofern Sie nicht Ihre eigene S-Parameter-De-Embedding-Mathematik durchführen möchten, müssen Sie eine 50 anpassen$\Omega$Anschluss an mindestens ein Ende der Ablaufverfolgung. Sie können entweder einen Stecker am anderen Ende oder eine gute Qualität 50 anbringen$\Omega$Widerstand. Ich neige dazu, 2 x 100 zu verwenden$\Omega$ Widerstände parallel für niedrigere Erdinduktivität.

Es stehen viele Verbindungsstile zur Auswahl. Sie haben nur noch nicht genau genug nachgesehen. Wenn Sie nur auf 1 GHz gehen, sind die Toleranzen ziemlich fußgängerfreundlich.

Wenn Sie am Ende der Kurve ein Durchkontaktierungsmuster haben, sollten Sie in der Lage sein, einen Anschluss mit einem passenden Durchgangsloch-Überlaufmuster zu finden. Wenn nicht, bohren Sie Löcher neben dem Signal über die Erdungsebene, um die Erdungsverluste eines solchen Steckverbinders zu beseitigen.

Wenn Sie nur die Ablaufverfolgung und nicht die Via messen möchten, haben Sie mehr Optionen. Es gibt viele Anschlüsse, die für eine Platinenkante ausgelegt sind. Schneiden Sie die Durchkontaktierung von der Platine ab und bringen Sie den Stecker am Ende der Leiterbahn an der Platinenkante an.

Sie können 50 löten$\Omega$Koax an das Ende des Streifens, aber Sie müssen auf Überlängen, gleiche Fußgängertoleranzen achten, aber leichter mit Kabeln falsch liegen. Sag es nicht meinem Chef, aber oft habe ich ein Labor 50 geschnitten$\Omega$ Verbundenes Kabel in zwei Hälften und jedes Bit auf meine Testplatine löten, spart das Anbringen von Steckern am Kabel!

Ausrüstung. Ein Zeitbereichsreflektometer (TDR) bietet Ihnen eine schöne grafische Anzeige der Impedanz gegenüber der Entfernung. Ein Netzwerkanalysator gibt Ihnen Spuren von S-Parametern gegenüber der Frequenz, die Sie analysieren müssten, um die Impedanzen zu bestimmen, die Sie haben. Hinweis: In den schlechten alten Zeiten warf ein TDR tatsächlich einen Puls auf die Strecke und lauschte auf die Reflexionen. Heutzutage ist ein TDR einfach ein Netzwerkanalysator mit einer FFT-Funktion, um die Wirkung eines solchen Impulses zu synthetisieren. Beide Arten von Geräten sind sehr teuer, selbst wenn sie für kurze Zeit gemietet werden.

Es gibt viele Möglichkeiten, billigere Geräte zu manipulieren, und einige Überlegungen, Impedanzmessungen durchzuführen, auch wenn diese nicht auf 1 GHz eingestellt sind. Mit einer guten Logikquelle und einem schnellen digitalen Bereich erhalten Sie einen TDR für arme Männer. Ein Signalgenerator, ein Messempfänger (ein Oszilloskop, ein Leistungsmesser, ein Spektrumanalysator) und mehrere Abgriffspunkte für Widerstände und ein wenig mehr Überlegungen ermöglichen gute Impedanzmessungen über den Frequenzbereich Ihrer Quelle und Ihres Empfängers.

Was Sie brauchen, ist ein Netzwerkanalysator .

Für einen Single-Ended-Strip ist dies "trivial", aber für die Differential-Strips benötigen Sie einen Adapter, da meines Wissens die meisten Netzwerkanalysatoren Single-Ended-Geräte sind.

Obwohl Sie sagen, dass Sie keinen 50-Ohm-Stecker an die Leiterbahnen anschließen können, müssen Sie einen Weg finden, sie an die NA anzuschließen. Eine Option ist die Verwendung eines halbstarren Koaxialkabels:

Am anderen Ende des Streifens müssen Sie ihn ordnungsgemäß mit einem 50-Ohm-Widerstand gegen Masse abschließen.

Ohne NA (leider sind sie ziemlich teuer!) Können Sie die charakteristische Impedanz auch bestimmen, indem Sie einen Impuls erzeugen, diesen dem Streifen zuführen und mit einem Oszilloskop (am Einspeisepunkt) prüfen, ob der Impuls reflektiert wird. Wenn Sie den Streifen richtig abgeschlossen haben, sehen Sie keine Reflexion. Ich habe das vor vielen Jahren gemacht, aber das war nicht mit einem PCB-Streifen, sondern etwa 10 Meter COAX-Kabel. Was ich herausfand, war 75 Ohm anstelle der 50, die wir erwartet hatten. Ihr PCB-Streifen ist für diesen Impulstest möglicherweise etwas kurz, aber möglicherweise ist es möglich, wenn Sie einen schnellen Impulsgenerator und ein schnelles Oszilloskop (hohes BW) zur Verfügung haben.