2007年5月12日星期六

测试技术应用前景分析

应用
  从目前应用情况来看,采用两种或以上技术相结合的测试策略正成为发展趋势。
  因为每一种技术都补偿另一技术的缺点:从将AXI技术和ICT技术结合起来测试的情况来看,一方面,X射线主要集中在焊点的质量。它可确认元件是否存在,但不能确认元件是否正确,方向和数值是否正确。另一方面,ICT可决定元件的方向和数值但不能决定焊接点是否可接受,特别是焊点在封装体底部的元件,如BGA、CSP等。随着AXI技术的发展,目前AXI系统和ICT系统可以“互相对话”,这种被称为“AwareTest”的技术能消除两者之间的重复测试部分。通过减小ICT/AXI多余的测试覆盖面可大大减小ICT的接点数量。这种简化的ICT测试只需原来测试接点数的30%就可以保持目前的高测试覆盖范围,而减少ICT测试接点数可缩短ICT测试时间、加快ICT编程并降低ICT夹具和编程费用。
  在过去的两三年里,采用组合测试技术,特别是AXI/ICT组合测试复杂线路板的情况出现了惊人的增长,而且增长速度还在加快,因为有更多的行业领先生产厂家意识到了这项技术的优点并将其投入使用。(鲜飞) 测试技术介绍
  AOI测试技术
  AOI是近几年才兴起的一种新型测试技术,但发展较为迅速,目前很多厂家都推出了AOI测试设备。实施AOI有以下两类主要的目标:(1)最终品质(Endquality)。对产品走下生产线时的最终状态进行监控。AOI通常放置在生产线最末端。在这个位置,设备可以产生范围广泛的过程控制信息。(2)过程跟踪(Processtracking)。使用检查设备来监视生产过程。
  虽然AOI可用于生产线上的多个位置,但有三个检查位置是主要的:(1)锡膏印刷之后。如果锡膏印刷过程满足要求,那么ICT发现的缺陷数量可大幅度地减少。(2)回流焊前。检查是在元件贴放在板上锡膏内之后和PCB送入回流炉之前完成的。这是一个典型放置检查机器的位置,因为这里可发现来自锡膏印刷以及机器贴放的大多数缺陷。(3)回流焊后。在SMT工艺过程的最后步骤进行检查,这是目前AOI最流行的选择,因为这个位置可发现全部的装配错误。
  虽然各个位置可检测特殊缺陷,但AOI检查设备应放到一个可以尽早识别和改正最多缺陷的位置。
  ICT测试技术
  电气测试使用的最基本仪器是在线测试仪(ICT),传统的在线测试仪测量时,使用专门的针床与已焊接好的线路板上的元器件接触,并用数百毫伏电压和10毫安以内电流进行分立隔离测试,从而精确地测出所装电阻、电感、电容、二极管、三极管、可控硅、场效应管、集成块等通用和特殊元器件的漏装、错装、参数值偏差、焊点连焊、线路板开短路等故障,并将故障是哪个元件或开短路位于哪个点准确告诉用户。针床式在线测试仪优点是测试速度快,适合于单一品种民用型家电线路板极大规模生产的测试,而且主机价格较便宜。但是随着线路板组装密度的提高,特别是细间距SMT组装以及新产品开发生产周期越来越短,线路板品种越来越多,针床式在线测试仪存在一些难以克服的问题:测试用针床夹具的制作、调试周期长、价格贵;对于一些高密度SMT线路板由于测试精度问题无法进行测试。
  基本的ICT技术近年来不断改善。例如,当集成电路变得太大以至于不可能为相当的电路覆盖率提供探测目标时,ASIC工程师开发了边界扫描技术。边界扫描(boundaryscan)提供一个工业标准方法来确认在不允许探针的地方的元件连接。额外的电路设计到IC内面,允许元件以简单的方式与周围的元件通信,以一个容易检查的格式显示测试结果。
  AXI测试技术
  AXI是近几年才兴起的一种新型测试技术。当组装好的线路板(PCBA)沿导轨进入机器内部后,位于线路板上方有一X-Ray发射管,其发射的X射线穿过线路板后,被置于下方的探测器(一般为摄像机)接受,由于焊点中含有可以大量吸收X射线的铅,因此与穿过玻璃纤维、铜、硅等其它材料的X射线相比,照射在焊点上的X射线被大量吸收,而呈黑点产生良好图像,使得对焊点的分析变得相当直观,故简单的图像分析算法便可自动且可靠地检验焊点缺陷。
  AXI技术已从以往的2D检验法发展到目前的3D检验法。前者为透射X射线检验法,对于单面板上的元件焊点可产生清晰的视像,但对于目前广泛使用的双面贴装线路板,效果就会很差,会使两面焊点的视像重叠而极难分辨。而3D检验法采用分层技术,即将光束聚焦到任何一层并将相应图像投射到一高速旋转的接受面上,由于接受面高速旋转使位于焦点处的图像非常清晰,而其它层上的图像则被消除,故3D检验法可对线路板两面的焊点独立成像。
  3DX-Ray技术除了可以检验双面贴装线路板外,还可对那些不可见焊点如BGA等进行多层图像“切片”检测,即对BGA焊接连接处的顶部、中部和底部进行彻底检验。同时利用此方法还可测通孔(PTH)焊点,检查通孔中焊料是否充实,从而极大地提高焊点连接质量。
  目前在电子组装测试领域中使用的测试技术种类繁多,常用的有手工视觉检查(MVI)、在线测试(ICT)、自动光学测试(AOI)、自动X射线测试(AXI)、功能测试(FT)等。由于电子组装行业的复杂性,很难界定哪些手段是组装业所必须的,哪些是不需要的,每种测试技术的应用领域和测试手段都不尽相同。本文重点介绍了AOI测试技术、ICT测试技术和AXI测试技术。治具功能治具ICT治具测试治具工装夹具喷油铜模ict在线测试仪过炉治具过锡炉治具工装治具LED支架LED框架LED支架厂LED導線架LED支架 《中国电子报》

自動光學測試儀

光學檢測設備
自動光學測試儀 ─ LASER VISION是一種用於SMD/THT PCB及零件焊錫前和焊錫後的光學式外觀檢查設備。它可作PCB上元件漏件、錯件(外觀比對)、錯位、極性反插及焊點(含短、開路)的檢查, 並可取代原本需要人工目視檢查的部份。
LASER VISION
係德國PRUFTECHNIK SCHNEIDER & KOCH原廠設計(ROHDE & SCHWARZ OEM廠), 使用三次元自動光學檢測結構;除備有光學鏡頭作攝影成像外,更輔以激光量測裝置作零件高度測量, 強化檢測可靠度;此外,軟件採用先進影像分析技術及直覺式檢測編程設計,操作極易上手, 使用非常簡便,是您在生產線上作自動光學檢測的最佳選擇。
ICT +AOI達成100%PCB零件檢測自動光學測試儀(AOI)與傳統在線測試儀(In-Circuit Tester ─ ICT)具有互補的檢測功能。ICT的檢測速度快,並可對基板元件作電子式功能測試;而AOI則可針對ICT無法植針的基板作光學檢測。 在生產線上適當搭配ICT與AOI,來檢測精細零件及高密度零件組裝之PCB,可達趨近100%的檢測效果, 增強生產效率及品質可靠度。
LASER VISION
具有以下基本特性:
涵蓋所有元件(SMD和THT)焊錫前、焊錫後漏件、錯位及極性反差之檢查
所有元件(含fine pitch)之焊點檢查及各焊點間短路檢查(solder bridges)
驗證元件上刻印(包含激光蝕刻)文字、記號(Optical Character Verification ─ OCV)之錯件檢查
彈性模組化結構設計,可依特定測試需求選配相關功能模組(如:XY軸定位系統,攝影鏡頭數量,激光裝置及氣動控制裝置等等)
依生產線上不同的需求可在線(In line)或離線(Stand alone)應用。在線使用時可與生產線上現有設備連接,並由ATE系統作遠端控制 治具功能治具ICT治具测试治具工装夹具喷油铜模ict在线测试仪过炉治具过锡炉治具工装治具LED支架LED框架LED支架厂LED導線架LED支架

浅淡测试夹具制作的制作策略

作者
skyline82
来源
SMT论坛网
随着印刷线路板技术向多层、细线、小孔、高密度方向发展(其实已经来临并快速普及),线路板制造过程给测试领域也带来了新的挑战,下面我就几个方面谈谈本行业制造中测试的有关技术与策略。一.测试成本控制 就目前来讲,本行业的成品测试方法主要有:制作夹具测试(分复合式和专用型)、飞针测试、自动光学测试几种。测试成本主要是测试设备选择与制作材料的成本。1.设备选择与成本控制的关系。不同厂家有不同的订单结构,订单结构在很大程度上制约着设备选择。飞针测试最大的优点是市场反应速度快,成本特低,但检测速度慢,一般检测一个出货单元需三至十几分钟,适合测试样板和小批量订单。若是客户要求打样品,则可选择飞针测试,直到客户做批量订单时再改做夹具测试,这样免去了客户更改过程或撤销订单中夹具制作成本。2.从设计测试方法和工艺策略中节约成本。当设计一个测试方法和工艺策略时,必须考虑到无数的变量,这时就要根据不同的情况选择不同的测试方法与制作方法。一款高密度的pcb测试夹具与普通的pcb测试夹具制作费用悬殊是很大的(取决于探针大小与点数),普通的需几百元上千元,而常见高密度的则需几千元上万元甚至几万元,这时可考虑使用导电胶条代替昂贵的小探针。据我所知,一套直径0.45(四个零)的探针成本好像是十八元左右,一个BGA位通常有一百至三百个测试点。而使用导电胶一个BGA位只需一个气缸费用(一两百元)就可以了。但导电胶测试有个弊端,就是遇到独立的两个IC位短路是无法测试出来的,金板一般不会出现IC位短路,而锡板热风整平控制不好会有。制作夹具有时可考虑一个出货单元多次测试和多个单元一次测试,我经常遇到。如:一个SET里有九个unit,夹具材料费用是一万二千元左右,此批订单属小批量多型号客户,这时可选择做三个单元分三次测试。成本一下节约三分之二,也可保证交货时间。又例如:一批很大的订单交货期又短,出货单元太小不利于测试速度,这时可考虑在印阻焊前整板分排测试。还有遇到印有白色或黑色油墨在最终检测看不到修板的,则需测试两次以保证返修。这些都是测试成本控制的策略。如上述算来,理性的测试工艺技术在成本控制中所节约的成本是很惊人的!二.测试优化 其实在上面我已从成本方面出发提到了优化,其主要是成本优化与工艺设计方面优化,在这里我主要谈一下测试工具制作的优化。1.测试资料的制作。飞针测试资料比较简单,通常网络分析正确与否就是关键,其次测试点数与网络数多少决定检测时间,一般优化同一个网络的测试点数,对测试速度影响不大。而制作夹具的资料在制作要求上非常高,通常使用cam软件制作资料容易漏选点与多选点,遇到层数多的制作速度也会慢很多(我以前使用V2001软件选点,遇到6层板以上真的很头痛,为了不漏点就会多选点),目前很多大厂家都购买专用制作测试软件,制作测试速度会快很多,不用手工分点,而且检修也会快很多。2.测试治具的制作。测试治具制作也是一个繁琐的过程,从排料、钻孔后检查、绕线、放针到装机调试都需要细心和耐心,才能制作出高水准的治具出来。其中检查钻孔精度至关重要,遇到密集的小钻孔,钻偏一个孔可能导致整个治具拆卸重做,把好这一关是优化治具制作的关健。其次,可考虑将多个钻孔资料整合,尤其是钻导电胶时的资料整合,从而降低钻孔操作人员钻孔的复杂与繁琐性,减少错误。综述,测试的优化其实改善软件就能解决很多,另外提高技术人员的工程技术与技巧也会起到优化作用。三.模具制作常见问题与对策测试夹具制作过程中会出现一些常的问题,这时,就需要做出分析和解决方法。1.孔钻偏导致测试探针接触不到正确位置出现假开短路。 对策:通常这种情况会出现在小孔径上,在制作模具之前目检钻孔精度,看有无偏孔现象,发现有钻孔偏位的重新钻,用精度高的钻机钻孔。有条件的话可同红胶片一起钻出对照菲林检查有无偏孔。2.调试模具时发现漏选点。对策:用一块板或菲林拍在模具上,手工加钻漏选孔,加绕线到网络里重新读板调试。若漏选在密集孔处则这种方法难度很高。3.孔测点钻孔钻大导致探针接触不到焊环出现假开路。对策:若只有少数的几个,可用实物塞住原来的钻孔,再手工钻出合适的孔径。此方法同样适用于客户资料出现变更而少数测点变更,可免去重新制作。4.测试点数太多测试机无法测试对策:分网络做两个夹具测两次。5.有导电胶条的模具出现假短路或很难PASS对策:检查导电胶是否使用时间过久出现扁、歪(一般都是此种原因),更换导电胶条。治具功能治具ICT治具测试治具工装夹具喷油铜模ict在线测试仪过炉治具过锡炉治具工装治具LED支架LED框架LED支架厂LED導線架LED支架

ict治具软件介绍 CodeCAM ICT Analyse

CodeCAM ICT Analyse 又称为测试分析软件,其处理Gerber File 的过程和结果与CodeCAM ICT治具软件完全相同,事实上采用CodeCAM ICT治具软件的治具厂都有能力为用户出测试分析报告;不同之处在于,如果工厂自备了测试分析软件,可以在试产前对设计进行可测试性分析,在试产前发现并纠正试产才能发现的问题,这是提升品质及降低成本的有效方法.
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功能介绍:
接受Gerber file文件:可读取各种格式的Gerber file文件。
清晰的图形处理:旋转、翻转、移动、对齐、放大、缩小。任意图形元素的增加、删除、编辑、修改。
线转焊盘:可以使各种形状的线焊盘都可以快速、正确的转成焊盘。
自动选点:由系统设置选点的优先顺序,电脑会自动选择每条网络箔上最好、最优的焊盘作为测试点,也可人工修改、增减测试点。
优良的网络显示功能:因从图形中提取网络,则可在软件中可显示任意一条网络或多条网络。
自动生成点号图:按照客户对治具设置开始号及编号规则自动编号,自动排序.
Pin search:字符提取,元件扫描,用户进行顺序检查,对元件编程提取针号。
生成可测率报告。 治具功能治具ICT治具测试治具工装夹具喷油铜模ict在线测试仪过炉治具过锡炉治具工装治具LED支架LED框架LED支架厂LED導線架LED支架

ICT治具/ATE测试夹具制作所需资料

ICT治具/ATE测试夹具制作所需资料。为了准确、迅速地制作出高品质的测试夹具,希望各位尊敬的客户朋友能提供如下资料:ICT治具/ATE测试夹具制作所需资料: (1)空PCB板(Bare Board): 1块 (2)实装板(Loaded Board):1块 (3)材料表(BOM):1份(4)原理图(Schematic):1份 (5)联片图(Panel drawing):1份(6)电脑选点所需资料格式: 《1》CAD file 1.Protel生成的ASCII码文件。(如:*.pcb等) 2.由Pads生成的ASCII码文件。(如:*.asc等) 3.由PowerPCB生成的ASCII码文件。(如:*.asc等) 4.由GenCAD生成的ASCII码文件。(如:*.cad等) 《2》Gerber file 1.D-code( Aperture file) 2.Component side layer( Top layer) 3.Solder side layer( Bottom layer) 4.Silk screen COMP layer 5.Silk screen solder layer 6.Solder mask COMP layer 7.Solder mask solder layer 8.SMD layer COMP side 9.SMD layer solder side 10.VCC plane layer 11.GND plane layer 12.Drill layer 13.Inner layer 注明:所有ICT/ATE治具的制作必须提供1-4项的资料,多层板(2层以上)治具制作还需提供第6项资料,多联板还需提供第5项资料 治具功能治具ICT治具测试治具工装夹具喷油铜模ict在线测试仪过炉治具过锡炉治具工装治具LED支架LED框架LED支架厂LED導線架LED支架

测试自动化的未来

测试自动化的未来
饶骞 安捷伦科技
自动测试系统,无论是在航空航天和国防电子领域,还是在消费类电子产品的生产线测试和质量验证,都有着非常广泛的应用。由于自动测试技术的引入,不仅能提高测试效率,保证测试的准确性和可信度,减少由于人为原因造成的测量错误和误差,降低生产和测试成本,而且还可以对测试数据和结果进行信息化管理。无论是在整机,元器件或模块的指标和功能测试,老化及可靠性等测试中,自动测试技术都有着广泛的应用。
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自动测试系统的建立,往往包括由于测试的一台或多台的仪器,主控计算机和测试软件,测试夹具以及系统总线。系统总线就像是中枢神经系统,负责控制指令和测试数据的传送。从历史上看,在自动测试领域,总线技术大概经历了从GPIB, VIX, PXI 几个阶段。
国际LXI 联盟 (LXI Consortium)曾经在众多系统集成商和工程师中作过调查,得到几乎一致的需求结论:首先要降低系统集成的成本和复杂性,采用容易使用的人机界面。其次在保证系统紧凑的同时要保证仪器的性能和兼容性,减少复杂的联线。希望在有多种高速的触发方式,高速的I/O,减少机箱和机架的空间的浪费,还要非常容易的发现系统的故障。在编程的时候希望使用自己最熟悉的软件。利用通用的PC 接口和总线,而不是昂贵的测试测量专用接口总线。
LXI (LAN eXtension for Instrument) 是成熟的以太网技术在测试自动化领域应用的拓展。其具体的设想是将非常成熟的以太网技术利用到自动测试系统中,以替代传统的测试总线技术,如VXI, PXI, GPIB等。目前已经得到绝大多数仪器行业的领先的厂家的支持。主要原因是:
·以太网、标准PC和软件在测试行业中的广泛使用,技术已经是非常成熟,而且得到众多计算机厂家不断的研发的投入和升级支持。 ·IEEE1588 网络同步标准的实施, 可以在实验室环境中得到纳秒级的时钟同步误差。 ·标准的网络接口已经极为普遍。
基于LXI 技术的仪器从几年前已经开始在市场上销售,LAN的最主要的作用是替代GPI。作为LXI标准的制定,要保证系统中所有LXI的单元能够在同一个网络中和平共处。 LXI标准要求LXI单元支持IEEE802.3 和TCP/IP标准,提供一个一致的应用方式以便于用户使用。这样,LXI就提供了一个新的自动测试系统的架构,从而克服传统的架构的复杂低效的控制方式。而基于LXI的仪器能够有更快的速度和更为简单的编程方式。安捷伦的第一台基于LXI的仪器出现在2003年,是20MHz 的函数发生器33220A,也是世界上第一台同时具备GPIB,USB 和 LAN 接口的仪器。我们称之为系统就绪(System Ready)的仪器。作为系统就绪的仪器,首先需要具备仪器的所用性能,更小的体积,更快的速度,备有通用的计算机接口,GPIB接口,网络服务器支持,IE游览器的操作等等。在近几年,安捷伦又陆续推出了众多的系统就绪的仪器,如N6700/N5700 系列电源,34980A 开关和测量单元。34980A 开关和测量单元是一套模块化的系统,达到了560个通道的最大测试能力,测量分辨率达到了61/2,而且可以配备不同的通用开关,射频和微波开关,数字通道,夺路模拟输出等等,在应用上可以替代很多的LXI/PIX的应用,而价格只有LXI/PXI的50-60%。如果将仪器的前面板和按键拿去,再进行简单的优化,将外部尺寸设计成标准的全机架宽度或半机架宽度,高度为标准的1U或整倍数,这样就构成了标准的LXI模块化仪器。
与传统的卡式仪器相比,LXI 模块化仪器具备了许多优势:
·可以保证仪器的全部性能。 ·集成更为方便,不需要专用的机箱和0槽计算机。 ·可以利用网络界面精心操作,无需编程和其他虚拟面板。 ·连结和使用更为方便,可以利用通用的软件进行系统编程。 ·非常容易实现校准计量和故障诊断。 ·灵活性强,可以作为系统仪器,也可以单独使用。
国际LXI协会初步将基于LXI的仪器分为以下三个等级:
·等级C:具有通过LAN的编程控制能力,可以与其他厂家的仪器很好的协同工作。 ·等级B:拥有等级C的一切能力,并且加上了IEEE1588 网络实践同步标准。 ·等级A:拥有登记B的一切能力,同时具备硬件触发能力。
总之,作为测试系统发展的未来,以太网将扮演重要的角色。在工业界,在未来几年中我们将看到更多的"混合系统", 既包括基于GPIB仪器和机架的堆栈式系统,也有VXI, LXI, PXI的系统,或是他们的组合。LXI 技术以更低的成本提供更好的性能,兼容性和易用性。
作者介绍:饶骞现任安捷伦科技电子测量事业部系统仪器的亚太地区市场开发经理。饶骞于1997年加入惠普公司仪器部,1999年转入安捷伦公司负责亚太地区市场中心工作,历任教育项目开发经理,逻辑分析仪产品线市场经理,通用产品市场经理,分销市场开发经理和系统仪器市场开发经理。治具功能治具ICT治具测试治具工装夹具喷油铜模ict在线测试仪过炉治具过锡炉治具工装治具LED支架LED框架LED支架厂LED導線架LED支架
信息来源:中电网

高速PCB互连设计中的测试技术

互连设计技术包括测试、仿真以及各种相关标准,其中测试是验证各种仿真分析结果的方法和手段。优秀的测试方法和手段是保证互连设计分析的必要条件,对于传统的信号波形测试,主要应当关注的是探头引线的长度,避免Pigtail引入不必要的噪声。本文主要讨论互连测试技术的新应用及其发展。
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图1:0.1uF电容阻抗曲线。
近些年,随着信号速率的不断提升,测试对象出现了显著的变化,不再仅仅局限于传统的利用示波器测试信号波形,电源地噪声、同步开关噪声(SSN)、抖动(Jitter)逐渐成为互连设计工程师的关注重点,一些射频领域的仪器已被应用于互连设计。互连设计中常用的测试仪器包括频谱分析仪、网络分析仪、示波器以及这些仪器所使用的各种探头和夹具,为了适应不断提高的信号速率,这些测试仪器的使用方法发生了显著的变化。本文以这些测试仪器为工具,主要从以下几个方面介绍近年来互连设计测试技术的发展。
1. 测试的校准方法 2. 无源器件的建模方法 3. 电源完整性测试 4. 时钟信号抖动的测试方法
在文章的最后,还将结合刚刚结束的DesignCon2005大会对未来测试技术的发展作简要介绍。
校准方法
在三种常用的测试仪器中,网络分析仪的校准方法最为严谨,频谱分析仪次之,示波器的校准方法最为简单。因此,我们这里主要讨论网络分析仪的校准方法。网络分析仪常用的校准方法有三种,Thru、TRL和SOLT。三种方法的特性如表1所示。
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表1:网络分析仪常用的校准方法有三种,Thru、TRL和SOLT。
Thru的实质是归一化,校准时网络分析仪记录夹具的测试结果(S21_C),在实际测试中,直接将测试结果(S21_M)与S21_C相除,即得到待测件的测试结果(S21_A)。Thru校准忽略了测试夹具中的不匹配造成的反射以及空间中的电磁耦合,因此,它的校准精度最低。在仅测试S21,而且测试精度要求不高的情况下可以使用该校准方式。
在PCB等非Coaxial结构中,有时需要对走线、过孔、连接器等的特性做测试。在这种情况下,测试仪器供应商没有提供标准校准件,而且测试人员也很难在测试校准端口做出良好的开路、短路、匹配负载等校准件,因此,不能做传统的SOLT校准。利用TRL校准的优点是不需要标准校准件,可以将测试校准端口延伸至所需要的位置。目前TRL校准在PCB结构测试中的使用已经比较广泛。
SOLT通常被认为是标准的校准方法,校准模型中共有12个校准误差参数,通过使用短路、开路、负载和直通对各种误差做校准计算。由于测试仪器供应商通常仅提供Coaxial校准件,所以在非Coaxial结构,无法使用SOLT校准方法。
以上三种校准方法都可以利用信号流图的方式做详细的分析,其中各个误差参数在信号流图中均有对应参数。通过信号流图,可以很清楚的了解各种校准方法的误差敏感度,从而了解实际测试的误差范围。这里需要提出的一点是,即使是标准的SOLT校准方法,在校准模型中也忽略了五个误差参数。通常情况下,这五个误差参数不会影响校准精度。但在使用时如果不注意校准夹具的设计,会出现无法校不准的现象。
频谱分析仪内部提供一个标准源供校准使用,校准时只需要将内部标准源通过测试夹具与输入端口相连即可,校准所需时间约为10分钟。示波器的校准则更为简单,将探头连接至内部标准源,确认即可,校准所需时间约为1分钟。
无源器件的测试和建模
随着信号速率的不断升高,无源器件在信号链路中的作用越来越重要,系统性能仿真分析准确与否,往往决定于无源器件的模型精度。因此,无源器件的测试和建模逐渐成为各个设备供应商的互连设计中的重要组成部分。常用的无源器件有以下几种:
1. 连接器 2. PCB走线及过孔 3. 电容 4. 电感(磁珠)
在高速信号完整性设计中,连接器对信号链路的影响最大。对于经常使用的高速连接器,通常的做法是按照TRL校准方法做校准夹具,对连接器进行测试建模,供仿真分析使用。PCB走线及过孔的测试建模方法与连接器相类似,也使用TRL校准将测试端口移至所需位置,然后测试建模。
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图2:某单板电源阻抗特性。
电容模型在信号完整性分析中有应用,更主要的应用在电源完整性分析中。业界常用的电容建模仪器是阻抗分析仪和网络分析仪,分别适用于不同频段,阻抗分析仪适用于低频段,网络分析仪适用于高频段。如果具体实际测试中使用网络分析仪做电源完整性测试,建议在电容建模的全频段均使用网络分析仪,以保证建模和应用的一致性。由于电容的阻抗较小,在使用网络分析仪建模时,通常使用并联方式。目前业界在电容建模中没有解决的问题是如何消除夹具与电容之间的互耦,以减小夹具对建模结果的影响。
在传统的电源设计中,经常会使用电感(磁珠)对电源做隔离,以减小噪声干扰。而实际设计中,经常会出现去除隔离电感(磁珠),电源地噪声反而减小。这是由于电感(磁珠)与其它滤波器件产生谐振。为了避免这种情况的发生,有必要对电感(磁珠)建模并仿真以避免谐振。业界常用的电感(磁珠)建模方式也是采用网络分析仪,具体方法与电容建模相类似,不同之处在于电感(磁珠)建模时采用串联方式,电容建模时采用并联方式。
上面的几种无源器件的建模主要应用在信号完整性和电源完整性方面,近些年EMI的仿真分析正逐步发展,关于EMI无源器件的测试建模也逐渐成为互连设计的重点。如图1所示为电容的阻抗曲线。
电源完整性测试
随着芯片功率不断升高,工作电压不断降低,电源地噪声逐渐成为互连设计中关注的对象。从测试对象的角度,电源完整性测试可分为两步分,电源系统特性测试和电源地噪声测试。前者是对系统供电部分性能的测试(无源测试),后者是直接测试系统工作时的电源地噪声(有源测试),同步开关噪声也可归类为电源地噪声。
测试电源系统性能时,通常使用网络分析仪,测试对象是电源系统的Self-Impedance和Transfer-Impedance。一般情况下,电源系统的阻抗均远小于网络分析仪系统阻抗(50欧姆),所以测试时只要做直通校准就可以了,利用公式S21=Z/25就可以得到电源系统的阻抗。图2所示为某单板电源阻抗特性。
测试电源地噪声可以使用频谱分析仪和示波器,频谱分析仪的输入端口不能接入直流分量,因此在测试电源地噪声时,必须在测试夹具中串连DC-Blocking。频谱分析仪的输入阻抗为50欧姆,电源地网络的阻抗一般为毫欧姆级,所以,测试夹具不会对待测系统产生影响。示波器的输入阻抗随设置的不同而改变,以泰克公司的TDS784为例,其低频截至频率随耦合方式和系统阻抗变化而变化,如表2所示。
上面所描述的方法都是测试单板上的电源地噪声,而真正影响芯片工作的是芯片内的电源地噪声,这时需要借助同步开关噪声测试来确定芯片内的电源地噪声。设芯片有N个IO端口,令其中一个保持静止,另外N-1个同时翻转,测试静止网络上的信号波形,即同步开关噪声。同步开关噪声中既包括电源地噪声,也包括封装内不同信号之间的串扰,目前没有办法将二者完全区分开。
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表2:示波器输入阻抗随设置而改变。
时钟信号抖动的测试
在一些高端产品中,抖动逐渐成为影响产品性能的重要指标,这里仅对如何利用频谱分析仪测试时钟信号抖动及问题定位做简单介绍,关于数据信号的抖动测试暂不涉及。
在大多数系统中,时钟都是由晶振或锁相环产生。时钟信号的抖动测试比较简单,不需要高端的测试仪器,使用常用的频谱分析仪就可以做问题定位。理想的时钟信号的频谱是干净的离散频谱,仅在时钟频率的倍频上有分量。如果时钟信号出现抖动,在这些倍频的附近会出现旁瓣,抖动大小与这些旁瓣的功率大小成正比。
利用频谱分析仪测试时钟抖动的具体方法是在时钟信号链路上任意找一个可测试点,将该点信号通过DC-Blocking连接至频谱分析仪,观察测试结果。由于测试夹具是线性系统,因此,不必担心产生新的频谱分量。前面提到时钟都是由晶振或锁相环产生,在这种情况下,引入时钟抖动的重要原因是晶振或锁相环的电源噪声。利用前面介绍的方法测试所得的晶振或锁相环的电源噪声,与时钟频谱中的旁瓣做对比,基本可以确定出导致时钟抖动的原因。问题的解决办法是根据时钟频谱旁瓣,重新设计晶振或锁相环的滤波电路,在一般情况下,这些问题可以通过合理选择滤波电容解决。
DesignCon2005的技术方向
DesignCon是每年互连技术领域的第一次大会,每年的大会上在今年DesignCon2005中,主要有以下一些技术发展趋势:
1. 单纯的电源完整性的仿真与测试在业界已经有很多应用,不再是分析工作中的难点。 2. 电容和电感(磁珠)的建模已经在业界推广,其方法已经较为完善。 3. 互连设计的重点向封装移动,板级分析已经较为成熟,同步开关噪声的仿真与测试逐渐成为业界关注的问题。 4. 抖动(Jitter)的测试方法及标准逐渐成为业界关注的问题,大会上有多家测试设备供应商推出自己的抖动分析仪。
总结
本文简要的对目前互连设计领域的测试对象和测试方法做了简要的介绍。随着信号速率的不断提高,逐渐出现一些新的测试内容,其中包括电源地噪声、无源器件建模、抖动等内容。作者根据自己的工作经验,提出了对于这些新的测试内容的测试方法。在传统的信号波形测试中,主要应考虑减小地线长度,以避免Pigtail耦合入噪声,降低测试精度。在未来的互连设计中,由于信号工作频率提升,工作重点将向芯片封装转移,相关的测试和建模技术将成为工作重点。治具功能治具ICT治具测试治具工装夹具喷油铜模ict在线测试仪过炉治具过锡炉治具工装治具LED支架LED框架LED支架厂LED導線架LED支架
测试夹具
作者:张坤 华为技术有限公司 Email: zhang_kun@huawei.com