深度揭秘，阻抗測(cè)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(jí)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(hù)產(chǎn)品性能有問(wèn)題，經(jīng)多次排查后，發(fā)現(xiàn)板內(nèi)阻抗測(cè)試結(jié)果不達(dá)標(biāo)，但是板廠(chǎng)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(shuí)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(wèn)題卻都集中爆發(fā)，難道問(wèn)題會(huì)欺生？
還好雷豹沒(méi)有自暴自棄，也沒(méi)有被問(wèn)題嚇倒，因?yàn)樗纳砗筮€有他的師傅，為他遮風(fēng)擋雨，排憂(yōu)解難。于是他把客戶(hù)發(fā)給他的阻抗測(cè)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(guò)頭瞟了他一眼，反問(wèn)道：“你確定這個(gè)客戶(hù)會(huì)測(cè)試阻抗嗎？”
這問(wèn)題問(wèn)得雷豹丈二和尚摸不著頭腦，作為新人還沒(méi)有開(kāi)始接觸阻抗測(cè)試方面的培訓(xùn)，更沒(méi)有摸過(guò)阻抗測(cè)試儀（TDR），只是以前在做PCB設(shè)計(jì)時(shí)，和工廠(chǎng)的EQ工程師溝通阻抗時(shí)，聽(tīng)那人說(shuō)過(guò)阻抗測(cè)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(shuō)，怕說(shuō)錯(cuò)了引來(lái)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(kāi)口，師傅就搶先說(shuō)道：“任何測(cè)試都是有判斷標(biāo)準(zhǔn)的，阻抗測(cè)試也是，并不是隨便測(cè)個(gè)圖形就能說(shuō)明有無(wú)問(wèn)題，還要看這個(gè)測(cè)試本身的圖形是否規(guī)范，如果沒(méi)有按照要求來(lái)進(jìn)行的測(cè)試，測(cè)出來(lái)的結(jié)果可能就沒(méi)有任何意義，有時(shí)甚至帶來(lái)負(fù)面影響，導(dǎo)致問(wèn)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(wèn)題不說(shuō)，反而會(huì)耽誤很多時(shí)間，這個(gè)是我們debug的大忌?！?/p>
師傅看雷豹聽(tīng)得入神，端起茶杯，慢慢地呷了一口水，繼續(xù)說(shuō)道：
“阻抗測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)或者說(shuō)規(guī)范，其實(shí)也沒(méi)有一個(gè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)組織來(lái)制定，目前坊間流傳最廣的一個(gè)是IPC的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，另一個(gè)是Intel的測(cè)試方法。
IPC的標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)而言之就是待測(cè)線(xiàn)路的阻抗線(xiàn)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(kāi)始到最終開(kāi)路的位置都需要完整的顯示在TDR屏幕上，而測(cè)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(shuō)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(cè)量區(qū)間為整個(gè)線(xiàn)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(duì)測(cè)試進(jìn)行了進(jìn)一步的規(guī)范，同時(shí)對(duì)起始點(diǎn)和末端開(kāi)路點(diǎn)顯示也做了一定的要求，測(cè)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(chǎng)所接受，所以現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的主流板廠(chǎng)在出廠(chǎng)報(bào)告上所測(cè)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(chǎng)的制板就是滿(mǎn)足要求的，并且因?yàn)榘鍍?nèi)阻抗線(xiàn)數(shù)量眾多，很難一一實(shí)測(cè)，所以PCB工廠(chǎng)測(cè)試的線(xiàn)路也并非板內(nèi)實(shí)際走線(xiàn)，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(cè)的學(xué)識(shí)深深震撼，完全沉浸在對(duì)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(duì)是一個(gè)虔誠(chéng)的弟子。
師傅看著他的神情，這時(shí)又賣(mài)了個(gè)關(guān)子，問(wèn)道：“你現(xiàn)在可知道我開(kāi)始問(wèn)你的答案是什么了？”
雷豹趕忙從一愣神中驚醒過(guò)來(lái)，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(lái)，這個(gè)客戶(hù)確實(shí)不是很懂阻抗測(cè)試，從提供的測(cè)試圖片來(lái)看，線(xiàn)路時(shí)間沒(méi)有分布在整個(gè)屏幕上，另外也沒(méi)有測(cè)量區(qū)間，測(cè)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(shuō)這個(gè)測(cè)試結(jié)果沒(méi)有任何意義，就像師傅前面說(shuō)的，這種結(jié)果可能會(huì)誤導(dǎo)查找問(wèn)題的方向，正確的測(cè)試結(jié)果應(yīng)該是如下圖這樣的?！?/p>
師傅聽(tīng)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(mǎn)，于是又喜怒不形于色地問(wèn)道：“既然板廠(chǎng)的出廠(chǎng)報(bào)告是滿(mǎn)足要求的，從實(shí)際工程來(lái)講，是不是就不用懷疑阻抗的問(wèn)題了呢？”
師傅這一問(wèn)，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(wú)所不知，心想以后有什么事還是不要做小動(dòng)作耍小聰明的好，估計(jì)是瞞不過(guò)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(shuō)道：
“我猜板廠(chǎng)的阻抗測(cè)試只能保證屏幕顯示50%~70%那一段線(xiàn)路的阻抗情況，而實(shí)際產(chǎn)品是需要看整個(gè)線(xiàn)路段的阻抗，很多時(shí)候即使板廠(chǎng)的數(shù)據(jù)是滿(mǎn)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(huì)顯示在阻抗出廠(chǎng)報(bào)告里面的，所以我想就算板廠(chǎng)的測(cè)試數(shù)據(jù)是ok的，也不能保證實(shí)際線(xiàn)路阻抗就一定沒(méi)有問(wèn)題，比如很多時(shí)候連接器或者BGA出線(xiàn)處會(huì)有過(guò)孔，而這個(gè)過(guò)孔一般是在線(xiàn)路的兩端，這個(gè)時(shí)候過(guò)孔的阻抗就不會(huì)進(jìn)入那個(gè)阻抗的測(cè)試區(qū)間，即使阻抗偏低超出要求，板廠(chǎng)的測(cè)試數(shù)據(jù)也不會(huì)顯示出來(lái)，就像下面這個(gè)帶了芯片的實(shí)際產(chǎn)品阻抗測(cè)試的圖片一樣。如下圖：
雖然測(cè)量區(qū)間的結(jié)果是滿(mǎn)足要求的，但圖中M1和M3那兩個(gè)標(biāo)示出來(lái)的部分應(yīng)該是過(guò)孔或者芯片封裝，由于阻抗沒(méi)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(xiàn)路的阻抗不匹配，從而導(dǎo)致信號(hào)有比較大的反射，最終影響信號(hào)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(duì)不對(duì)，還望師傅指點(diǎn)迷津?！?/p>
這就是雷豹令師傅比較滿(mǎn)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(lái)的一片苦心。問(wèn)題回答基本上到位了，但還有一點(diǎn)比較關(guān)鍵，師傅覺(jué)得有必要再補(bǔ)充一下，于是師傅微微一笑，滿(mǎn)意地說(shuō)道：
“掌握得差不多了，但還是有點(diǎn)過(guò)于理想，我前面其實(shí)提到過(guò)，板廠(chǎng)的出廠(chǎng)報(bào)告測(cè)的基本是板邊的Coupon條，壓根就不會(huì)對(duì)板內(nèi)的線(xiàn)路阻抗進(jìn)行測(cè)試，除非客戶(hù)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(cè)試（很少有客戶(hù)會(huì)有這種要求，還要看板廠(chǎng)是否愿意配合），否則板廠(chǎng)是沒(méi)法找到對(duì)應(yīng)板上的線(xiàn)路進(jìn)行實(shí)測(cè)的，因?yàn)槲覀円话闾峁┙o板廠(chǎng)的是Gerber光繪文件，板子做出來(lái)后，通過(guò)這個(gè)光繪文件是沒(méi)法找到具體線(xiàn)路的，所以板廠(chǎng)只能在板邊模擬一個(gè)和板內(nèi)實(shí)際線(xiàn)寬一致的標(biāo)準(zhǔn)阻抗條來(lái)進(jìn)行測(cè)試，這樣這個(gè)阻抗條線(xiàn)路其實(shí)是比較理想的，中間也沒(méi)有過(guò)孔等其他因素的影響，測(cè)試出來(lái)結(jié)果當(dāng)然就比較理想，這也是為什么很多時(shí)候板廠(chǎng)的出廠(chǎng)報(bào)告是滿(mǎn)足要求的，但實(shí)際板上線(xiàn)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(cè)試結(jié)果差異就知道了。”
雷豹暗自感嘆：“真是聽(tīng)了師傅一席話(huà)，勝讀十年書(shū)?！钡闹胁幻膺€是有些疑惑卻又不好意思向師傅發(fā)問(wèn)，他的問(wèn)題是：
為什么阻抗測(cè)試范圍不能是整個(gè)線(xiàn)路段而是30%（50%）~70%段呢？
