深度揭秘，阻抗測試那些你所不知道的內(nèi)幕
發(fā)布時(shí)間：2021-07-05 11:44
作者：一博科技高速先生自媒體成員 周偉
最近，新晉級的SI攻城獅雷豹運(yùn)氣有點(diǎn)霉，剛剛經(jīng)受了Pin delay的折磨，現(xiàn)在又碰到一個(gè)怪異的事情，某客戶產(chǎn)品性能有問題，經(jīng)多次排查后，發(fā)現(xiàn)板內(nèi)阻抗測試結(jié)果不達(dá)標(biāo)，但是板廠的出貨報(bào)告，卻顯示阻抗值達(dá)標(biāo)。這讓雷豹犯了難，到底該相信誰呢？唉！真是屋漏偏逢連夜雨，船遲又遇打頭風(fēng)，剛轉(zhuǎn)SI不久，偏偏問題卻都集中爆發(fā)，難道問題會欺生？
還好雷豹沒有自暴自棄，也沒有被問題嚇倒，因?yàn)樗纳砗筮€有他的師傅，為他遮風(fēng)擋雨，排憂解難。于是他把客戶發(fā)給他的阻抗測試圖片給師傅看了一眼，阻抗結(jié)果是這樣的：
師傅定睛一看，然后就輕輕的轉(zhuǎn)過頭瞟了他一眼，反問道：“你確定這個(gè)客戶會測試阻抗嗎？”
這問題問得雷豹丈二和尚摸不著頭腦，作為新人還沒有開始接觸阻抗測試方面的培訓(xùn)，更沒有摸過阻抗測試儀（TDR），只是以前在做PCB設(shè)計(jì)時(shí)，和工廠的EQ工程師溝通阻抗時(shí)，聽那人說過阻抗測試就是：
袖子一挽
探頭一點(diǎn)
數(shù)據(jù)顯現(xiàn)
截圖交單
但真的是這樣嗎，雷豹不敢說，怕說錯(cuò)了引來師傅的暴雷。
于是他搖了搖頭。
還好他平日勤奮好學(xué)，態(tài)度又端正，深得師傅喜歡，不待雷豹開口，師傅就搶先說道：“任何測試都是有判斷標(biāo)準(zhǔn)的，阻抗測試也是，并不是隨便測個(gè)圖形就能說明有無問題，還要看這個(gè)測試本身的圖形是否規(guī)范，如果沒有按照要求來進(jìn)行的測試，測出來的結(jié)果可能就沒有任何意義，有時(shí)甚至帶來負(fù)面影響，導(dǎo)致問題的定位朝著錯(cuò)誤的方向發(fā)展，最終鉆進(jìn)了死胡同，找不到問題不說，反而會耽誤很多時(shí)間，這個(gè)是我們debug的大忌?！?/p>
師傅看雷豹聽得入神，端起茶杯，慢慢地呷了一口水，繼續(xù)說道：
“阻抗測試的標(biāo)準(zhǔn)或者說規(guī)范，其實(shí)也沒有一個(gè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)組織來制定，目前坊間流傳最廣的一個(gè)是IPC的測試標(biāo)準(zhǔn)，另一個(gè)是Intel的測試方法。
IPC的標(biāo)準(zhǔn)簡而言之就是待測線路的阻抗線需要完整顯示在儀器屏幕上，時(shí)間上就是從探頭接觸點(diǎn)開始到最終開路的位置都需要完整的顯示在TDR屏幕上，而測量區(qū)間是從整個(gè)時(shí)間段的30%~70%時(shí)間區(qū)域，也就是說示波器的讀數(shù)是在這個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的最大最小取值，如下圖所示。
而Intel采用了一種更平均的方法，要求似乎放得更寬，它的測量區(qū)間為整個(gè)線路時(shí)間段的50%~70%區(qū)域，如下圖所示。
結(jié)合泰克的TDR儀器，對測試進(jìn)行了進(jìn)一步的規(guī)范，同時(shí)對起始點(diǎn)和末端開路點(diǎn)顯示也做了一定的要求，測量平穩(wěn)狀態(tài)基本在20%~90%段的屏幕區(qū)間上，而取值是按照50%~70%的屏幕區(qū)間進(jìn)行，具體如下圖所示。
Intel的這個(gè)方法被大多數(shù)PCB板廠所接受，所以現(xiàn)在國內(nèi)的主流板廠在出廠報(bào)告上所測試的阻抗值都是基于50%~70%這個(gè)范圍區(qū)間，只要這個(gè)范圍阻抗不超標(biāo)，那么板廠的制板就是滿足要求的，并且因?yàn)榘鍍?nèi)阻抗線數(shù)量眾多，很難一一實(shí)測，所以PCB工廠測試的線路也并非板內(nèi)實(shí)際走線，而是板邊附帶的阻抗Coupon條，這和板內(nèi)的實(shí)際情況多少還是有點(diǎn)差別?！?/p>
雷豹被師傅高深莫測的學(xué)識深深震撼，完全沉浸在對師傅如滔滔洪水般的敬仰中而不可自拔。他癡癡的望著師傅，絕對是一個(gè)虔誠的弟子。
師傅看著他的神情，這時(shí)又賣了個(gè)關(guān)子，問道：“你現(xiàn)在可知道我開始問你的答案是什么了？”
雷豹趕忙從一愣神中驚醒過來，心想還好自己頭腦反應(yīng)快接受能力強(qiáng)，經(jīng)師傅輕輕一點(diǎn)撥，確實(shí)明白了很多，于是就非常自信地回道：“現(xiàn)在看來，這個(gè)客戶確實(shí)不是很懂阻抗測試，從提供的測試圖片來看，線路時(shí)間沒有分布在整個(gè)屏幕上，另外也沒有測量區(qū)間，測量的時(shí)間及阻抗刻度都很大，看不出具體的數(shù)值，可以說這個(gè)測試結(jié)果沒有任何意義，就像師傅前面說的，這種結(jié)果可能會誤導(dǎo)查找問題的方向，正確的測試結(jié)果應(yīng)該是如下圖這樣的。”
師傅聽了雷豹的回答，內(nèi)心一片歡喜，心里暗道孺子可教也，又擔(dān)心徒弟驕傲自滿，于是又喜怒不形于色地問道：“既然板廠的出廠報(bào)告是滿足要求的，從實(shí)際工程來講，是不是就不用懷疑阻抗的問題了呢？”
師傅這一問，正是雷豹之前有點(diǎn)迷惑的地方，“真是知我者師傅也”，
雷豹心里暗暗驚嘆師傅的無所不知，心想以后有什么事還是不要做小動作耍小聰明的好，估計(jì)是瞞不過師傅的法眼，可是自已又不能在師傅面前露怯，只好硬著頭皮說道：
“我猜板廠的阻抗測試只能保證屏幕顯示50%~70%那一段線路的阻抗情況，而實(shí)際產(chǎn)品是需要看整個(gè)線路段的阻抗，很多時(shí)候即使板廠的數(shù)據(jù)是滿足要求的，但取值范圍外的阻抗有可能超標(biāo)，而這部分超標(biāo)的數(shù)據(jù)是不會顯示在阻抗出廠報(bào)告里面的，所以我想就算板廠的測試數(shù)據(jù)是ok的，也不能保證實(shí)際線路阻抗就一定沒有問題，比如很多時(shí)候連接器或者BGA出線處會有過孔，而這個(gè)過孔一般是在線路的兩端，這個(gè)時(shí)候過孔的阻抗就不會進(jìn)入那個(gè)阻抗的測試區(qū)間，即使阻抗偏低超出要求，板廠的測試數(shù)據(jù)也不會顯示出來，就像下面這個(gè)帶了芯片的實(shí)際產(chǎn)品阻抗測試的圖片一樣。如下圖：
雖然測量區(qū)間的結(jié)果是滿足要求的，但圖中M1和M3那兩個(gè)標(biāo)示出來的部分應(yīng)該是過孔或者芯片封裝，由于阻抗沒有優(yōu)化到位，這兩個(gè)部分的阻抗就偏低很多，造成最終整體線路的阻抗不匹配，從而導(dǎo)致信號有比較大的反射，最終影響信號的質(zhì)量以及系統(tǒng)的工作不穩(wěn)定如丟包等現(xiàn)象。不知道我的想法對不對，還望師傅指點(diǎn)迷津。”
這就是雷豹令師傅比較滿意的地方，果然是天資比較聰穎一點(diǎn)就通，天生就是學(xué)習(xí)的料，也不妨師傅當(dāng)初執(zhí)意要求領(lǐng)導(dǎo)，從幾百名設(shè)計(jì)工程師里面破格挑選出來的一片苦心。問題回答基本上到位了，但還有一點(diǎn)比較關(guān)鍵，師傅覺得有必要再補(bǔ)充一下，于是師傅微微一笑，滿意地說道：
“掌握得差不多了，但還是有點(diǎn)過于理想，我前面其實(shí)提到過，板廠的出廠報(bào)告測的基本是板邊的Coupon條，壓根就不會對板內(nèi)的線路阻抗進(jìn)行測試，除非客戶有圖片提出明確的需要在板上哪個(gè)位置哪個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測試（很少有客戶會有這種要求，還要看板廠是否愿意配合），否則板廠是沒法找到對應(yīng)板上的線路進(jìn)行實(shí)測的，因?yàn)槲覀円话闾峁┙o板廠的是Gerber光繪文件，板子做出來后，通過這個(gè)光繪文件是沒法找到具體線路的，所以板廠只能在板邊模擬一個(gè)和板內(nèi)實(shí)際線寬一致的標(biāo)準(zhǔn)阻抗條來進(jìn)行測試，這樣這個(gè)阻抗條線路其實(shí)是比較理想的，中間也沒有過孔等其他因素的影響，測試出來結(jié)果當(dāng)然就比較理想，這也是為什么很多時(shí)候板廠的出廠報(bào)告是滿足要求的，但實(shí)際板上線路阻抗卻有較大偏差的原因，可以看看下面圖片中阻抗條與板內(nèi)阻抗的測試結(jié)果差異就知道了?！?/p>
雷豹暗自感嘆：“真是聽了師傅一席話，勝讀十年書。”但心中不免還是有些疑惑卻又不好意思向師傅發(fā)問，他的問題是：
為什么阻抗測試范圍不能是整個(gè)線路段而是30%（50%）~70%段呢？
