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為新制定PCB設(shè)計測試程序
當(dāng)今的電子產(chǎn)品具有許多關(guān)鍵的性能特征。它們以高頻率運行，移動大量數(shù)據(jù)，并且比以往任何時候都更快。這給產(chǎn)品開發(fā)人員帶來巨大的壓力，以確保他們的設(shè)計能夠檢查所有零件，作為原型以及在批量生產(chǎn)中使用，并滿足關(guān)鍵的成本和產(chǎn)品交付要求。
考慮到所有這些參數(shù)，在制造新設(shè)計之前開發(fā)PCB測試程序是明智的技術(shù)和商業(yè)決策。可以在向板上裝載組件之前使用PCB上的測試結(jié)構(gòu)，這將有助于確保板能夠按照規(guī)定和制造的方式運行。
PCB中的測試結(jié)構(gòu)
推動在板上構(gòu)建測試結(jié)構(gòu)的因素基于以下幾點：
假設(shè)來自制造商的電路板是“好”的，只是因為制造商表示它們是“好”的。
即使您與信譽良好的制造商打交道，在制造過程中也有可能出現(xiàn)問題的地方，例如：
圖層順序錯誤（有關(guān)更多信息，請參見下文）。
阻抗不正確。
使用了錯誤的層壓板，或者制造商以“省錢”為幌子，用替換的層壓板替換了您指定的層壓板。
層壓板中的玻璃編織是錯誤的，從而導(dǎo)致傾斜。
對于具有真正高數(shù)據(jù)速率的產(chǎn)品，這是一個巨大的問題。
直到組裝過程，偏斜問題才會變得明顯。
如上所述，必須通過使用板邊緣上的堆疊條紋來驗證板中的層堆疊。這似乎是一個簡單的問題或平凡的做法，但是如果不這樣做，可能會導(dǎo)致可怕的后果。如果電路板層混亂，則無法輕松修復(fù)，并且可能會產(chǎn)生大量成本和進(jìn)度問題，因為唯一的選擇就是報廢電路板并重新開始。
圖1描繪了堆棧條測試結(jié)構(gòu)。以這種方式繪制結(jié)構(gòu)中使用的銅條，以便從面板上切割PCB時，肉眼可見。每層中的條帶比上面的條長。通過簡單地看到階梯進(jìn)入PCB的每一層的時間越長，就可以確定所有層的順序正確。
在設(shè)計和制造過程中有很多地方，層的順序可能會被錯誤處理。一種是準(zhǔn)備用于蝕刻PCB層的照相工具和模版。在層壓過程中層疊各個層時，可能會發(fā)生其他情況。顯然，電路板上的層數(shù)越多，堆疊條紋測試結(jié)構(gòu)就越重要。
圖2顯示了通過使用測試結(jié)構(gòu)檢測到的故障的示例。第11層應(yīng)位于第22層。兩者都是動力飛機(jī)。錯位層用堆疊條紋表示，在板的側(cè)面可見。
圖2. PCB的層數(shù)順序錯誤。
在這種情況下，所有阻抗都是正確的，因為交換的層包含電源和接地層。我們在測試結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)的其他故障包括組裝，其中在物料清單上標(biāo)出了不正確的旁路電容器。堆疊條紋也可用于檢測不正確的阻抗值。
圖3展示了一組實際的堆疊條紋的放大視圖，其中可以看到每個介電層中的玻璃纖維，銅的厚度和5密耳的跡線從PCB伸出。
圖3.堆疊條紋的放大圖。
PCB測試程序
與任何過程一樣，在向PCB加載組件之前，需要在PCB上采取特定步驟。該PCB測試程序超出了在線測試范圍。這些步驟包括：
拿起疊圖，并在計算出的阻抗旁邊記錄每個信號層的實際阻抗。（確保使用125-175 pSec的邊緣進(jìn)行測量。）
拋光堆疊條紋以確保其清晰。接下來，要保護(hù)它們，它們應(yīng)該用透明的漆覆蓋。
確保每一層的條紋都比上面的條紋長。
使用帶刻度的顯微鏡，測量每個介電層的厚度，并將此信息記錄在堆疊圖中。
測量并記錄每個銅層的厚度。
測量每個堆疊條旁邊的走線寬度并進(jìn)行記錄。
使用普通的電容表，測量每個電源電壓的平面電容，并將該信息與計算得出的信息進(jìn)行比較。
使用網(wǎng)絡(luò)分析儀或帶有跟蹤信號發(fā)生器的頻譜分析儀，可以掃描每個電源電壓的阻抗與頻率的關(guān)系。然后，應(yīng)將每個掃描的示波器圖像相互比較。（執(zhí)行此操作的方法在本文結(jié)尾的參考1，第2卷中進(jìn)行了說明。）
應(yīng)當(dāng)對收到的每一批新PCB執(zhí)行上述步驟1-7，并應(yīng)檢查每塊PCB以驗證堆疊條紋的順序正確，如上面的步驟3所述。
如果上述測量值在規(guī)格范圍內(nèi)，則下一個任務(wù)涉及驗證旁路電容器組是否為每個電源電壓產(chǎn)生了適當(dāng)?shù)淖杩古c頻率響應(yīng)。這是通過發(fā)送一個PCB使其僅加載旁路電容器，然后執(zhí)行以下測試來完成的：
如上面的步驟8所述，掃描每個電源電壓的阻抗與頻率的關(guān)系，并將該信息與預(yù)測阻抗與頻率的關(guān)系進(jìn)行比較。如果達(dá)到了阻抗目標(biāo)，則可以將PCB發(fā)送出去進(jìn)行最終組裝。如果存在“阻抗孔”，則必須重新計算消除這些孔所需的電容器數(shù)量。
如果需要，執(zhí)行高壓鍋測試。
列出每個電壓使用的旁路電容器，其參數(shù)如表1所示。
表1.電路板上每個電壓使用的旁路電容器列表。
在前述之后，執(zhí)行以下測試以檢查在最壞情況下的IC封裝和電源的性能。
使用適當(dāng)?shù)能浖a，使所有處理器以操作中發(fā)生的最慢和最快的速度從待機(jī)模式進(jìn)入活動模式。必須監(jiān)控處理器內(nèi)核的Vdd并記錄最壞情況的紋波。結(jié)果示波器圖像應(yīng)保留。驗證PDN上測得的紋波是否在設(shè)計規(guī)格之內(nèi)也很重要。
使用適當(dāng)?shù)能浖a，使最寬的數(shù)據(jù)總線首先從全0切換到全1，然后再從全1切換到全0。保留示波器圖像，并根據(jù)設(shè)計規(guī)范驗證紋波。
使用上面第2步中使用的相同代碼，通過將示波器連接到安靜的輸出端來測量Vcc和接地反彈非常重要，該安靜的輸出端與要交換的數(shù)據(jù)總線在IC封裝內(nèi)共享相同的電源軌。在這里，示波器圖像也應(yīng)保留，并且Vcc和接地反彈應(yīng)驗證為在設(shè)計規(guī)范的要求之內(nèi)。
背板的特殊測試
通常，背板除了原始直流電壓（例如48 V）外沒有電源。但是，它們很可能在選定的線路上具有特殊的平面電容器來控制EMI。用于背板的測試步驟包括：如上所述，對裸露的PCB進(jìn)行步驟1-6。
測量每個具有嵌入式電容器的信號的值。這是通過普通電容表完成的，并將結(jié)果與設(shè)計目標(biāo)進(jìn)行了比較。
根據(jù)需要執(zhí)行高壓鍋測試。
其他特殊測試
不同長度的測試跡線：在某些PCB上，同一層中可能有兩條不同長度的測試跡線。通過測量時間差并將其除以長度差，可將每個時間延遲的測量值用于計算速度。這使得能夠計算該層的有效介電常數(shù)。
直流電壓降：在電流非常大的PCB上，建議使用萬用表并從調(diào)節(jié)器的端子到最遠(yuǎn)的負(fù)載運行電壓降曲線，以確保直流電壓降在極限范圍內(nèi)。當(dāng)今的許多設(shè)計都無法承受很大的電壓跌落。由于開始時沒有太多余量，因此在超出限制之前不必有很大的差異。