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      衰減大得離譜,原因竟然是它?。?!
      來源:www.jeewooi.com 發布時間:2021年04月20日

      陜西華達電子在測試夾具這方面見到過各種各樣的損耗測試結果,如果讓你想象一根只有幾英寸的PCB走線加上SMA連接器的最差情況下能達到多大損耗,陜西華達電子測到的結果一定會超乎你的想象!

       

      讓大家來猜一猜?PCB走線長度大概為2.5inch,在頻率不算很高,就5GHz這個頻點上損耗能有多少?1dB,2dB,5db?好,再猜得夸張一點,10dB夠了吧?凡是有過一些SI理論或者測試經驗又或者是對板材參數有所了解的小伙伴,都會大致對一根只有2.5inch的走線損耗有自己的預期范圍。當你們覺得你已經猜到10dB的損耗,連自己都懷疑自己在說什么的時候,陜西華達電子忍不住告訴你,陜西華達電子測過一根2.5inch的走線損耗超過20dB@5GHz。

       

      但是這個的確真實的發生在陜西華達電子面前了??蛻糇约涸O計的一款芯片測試夾具板,其中芯片的重要輸出管腳通過SMA連接器引出到示波器上進行眼圖的測試,速率為10Gbps,也就是基頻是5GHz,測試結果發現眼圖居然閉合,引出來的走線其實并不長,也就是2.5inch左右??蛻暨€用網絡分析儀測試了同樣是2.5inch的去嵌走線,也就是我們經常說的2xthru走線,發現損耗竟然大得驚人,就是下面這樣的結果。

       

      陜西華達電子看到這個結果的確也感到非常的驚訝,客戶也把該夾具板寄過來給我們,我們還沒看PCB設計時也先進行了測試,發現的確也是這樣的結果。從陜西華達電子看來,5GHz超過20dB的衰減肯定是不正常的,單純走線的損耗哪怕用最普通的板材也不會有這么大的損耗。

       

      于是我們決定結合PCB設計和測試夾具一起看一下。

      我們首先看到PCB設計的2xthru走線就是下面的樣子,兩端是SMA連接器,中間是2.5inch的走線,感覺沒什么特殊的地方。從疊層上看,PCB板子是3mm的板厚。

       

      我們看到走線走到TOP層,然后我們在看看SMA連接器放置的位置,打開絲印層發現,SMA頭也是放在TOP層!也就是和走線是同一面的。

       

      看到這里,陜西華達電子已經能想象出損耗超大的原因了。結合測試夾具再看一下,SMA頭果然按照絲印的方式一樣,焊接在TOP層。最后陜西華達電子再來看一看用到的這款SMA連接器的文檔,看到是一款插針式焊接的連接器,針長達到4mm。

       

      搜集到以上的信息之后,陜西華達電子可以把謎底給大家揭開了。

       

      根據模型長的樣子和實際焊接的情況,我們畫了個如下的示意圖,估計大家一看就會明白問題的所在了!

       

      如果像該測試夾具一樣,從TOP層進行焊接,而走線又在TOP層的話,整個板厚和SMA連接器的針長都是該信號的stub,只考慮針長的話,stub也達到了4mm。根據我們的反射理論,肯定會對5GHz的信號造成巨大的影響。

       

      為了更直觀的證明這個想法,我們用該SMA連接器的模型模擬板上的走線進行了仿真,仿真結果也能很好的和實測對應起來!

       

      后面我們把結論和仿真數據告訴客戶,客戶表示當時可能沒考慮太多信號完整性的問題,只想到了如果走線在TOP層和順便在TOP層焊接SMA連接器,對于識別走線和測試都比較便利。聽到陜西華達電子的結論后才恍然大悟。

       

      事情本來做到這里,就已經很清晰的定位到原因了。陜西華達電子還可以為客戶做得更多一點,在目前客戶的這個測試夾具上,看看有沒有辦法在現成的板子上優化好。

       

      我們看到目前信號質量差是因為SMA連接器焊接到表層,STUB達到針長的4mm造成的,如果我們把SMA連接器從底層焊接呢,效果會怎么樣?

       

      從反過來之后的模型來看,stub就會變得非常的短,這個時候我們先對這個模型做一個仿真,從仿真結果來看,這根2xthru走線的性能就變得比較理想了。

       

      于是讓客戶重新把表層的SMA取下來,然后從底層進行焊接,焊接完成進行再次測試后,從芯片引腳發出來經過該夾具的眼圖就變得很好了,也驗證了陜西華達電子這個臨時的方法是非常有效的!

       

      最后總結一下,像本文這個案例,對于10Gbps速率的信號測試而言,本身SMA連接器的選型也是ok的,但是需要注意的是各種stub對信號的影響。像很多朋友之前只會重點關注走線的stub,過孔的stub的影響,但是SMA連接器本身stub的影響更為隱蔽也更為致命,因此大家在設計測試夾具和SMA連接器選型的時候一定要引起足夠的重視,特別是應用在更高速的測試夾具的場景下,stub的問題往往都是決定該測試項目成敗的關鍵!

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