連接器線纜取證的關鍵因素II-案例分享

Allion Labs / Paul Chou

承接上篇 “ 高頻治具設計的現況與未來”文章之後,接下來接續的此篇文章會就實務上測試時所遇到的實際案例來與大家分享,藉以說明PCB治具設計過程中有可能被忽略掉的細節以及所需考慮的要點,驗證百佳泰在高頻治具設計上所積累的設計經驗,而上一篇的高頻治具設計的現況與未來文章中有提到百佳泰依據經驗在高頻測試時最常發生的五點Potential Risks:

Impedance NOT matching 阻抗不匹配

-阻抗匹配(Impedance matching)是指為了使信號功率能從信號源(source)到負載(load)端得到最有效的傳遞,讓信號在傳遞過程中盡可能不發生反射現象。

-阻抗若不匹配時,會發生反射、造成能量與信號無法完整傳遞,以及輻射干擾等不良影響。

Crosstalk 串音干擾

-兩條信號線之間的耦合干擾現象,可分為近端及遠端串音。

-串音干擾發生時,會影響信號完整性。

Attenuation衰減

-高頻信號由Source傳遞至Load,傳輸過程信號的損失。

Return Loss 反射損失

-高頻訊號因阻抗不匹配造成輸入訊號反射的現象。

ACR (Attenuation to Crosstalk Ration)衰減串音比

-遠端串音與衰減的差值。

-當ACR發生時,即代表Crosstalk與Insertion Loss可能也有相應的問題發生,造成信號完整性可能會有所影響以及訊號效率降低的不良情況產生。

百佳泰高頻治具測試實際案例:

為協助您的產品從開發初期到上市都能擁有良好的品質,百佳泰搜集了實際測試中最常發生問題的以下三個Potential Risks,以此作為分享:

-Impedance NOT matching 阻抗不匹配

-Attenuation衰減

-Crosstalk 串音干擾

  • 案例 1:  A公司的HDMI 2.1 Receptacle Connector測試時,Receptacle端的CLK Trace阻抗就算為95.809Ω,但Insertion Loss表現不見得為佳

Impedance: 95.809Ω(改善前;左):      Insertion Loss(改善前;右):

測試儀器: Keysight E5071C ENA

解決方案: 如同上一篇文章所說過的第2點,客戶連接器加工方式所造成的Insertion Loss影響,重新檢視Receptacle端的焊接問題,即有所改善,所謂眼見不一定為憑,即為此例。

Insertion Loss(改善後):

測試儀器: Keysight E5071C ENA
  • 案例  2: B公司的USB3.0 Type A Receptacle connector 其D+ & D- pin SMD pad面積大,焊接時更要注意阻抗匹配的問題,否則容易造成接觸面Impedance偏低的狀況發生。

D+ & D- connector pin:     

 改善前:

 測試儀器: Tektronix DSA8200 TDR

解決方案: 此例的焊錫量要少,並確保connector pin與PCB pad平貼,才能減低connector pin與PCB pad接觸面 阻抗不匹配的情況發生。

改善後:

測試儀器: Tektronix DSA8200 TDR
  • 案例  3: C公司的TBT3的 Receptacle connector其RX2_P & RX2_N IRL(Integrated Return Loss)標準附近未過,PCB阻抗設計或是connector內部設計都有可能是原因之一。

未達標準:  

改善前:

測試儀器: Keysight E5071C ENA

解決方案: 經過比對確認,此案例雖然Trace設計阻抗為50Ω,但實際狀況下阻抗卻不見得會落在50Ω左右,故設計時可提高PCB設計阻抗以避免此風險。

改善後:

測試儀器: Keysight E5071C ENA
  • 案例  4: D公司的USB3.0 Type A Receptacle connector 設計為pin腳為深入鐵殼內的設計測試過後此設計會造成Near End Crosstalk(SS:TX/RX)超過協會規範(3.6mV)而fail

B 公司的連接器:

改善前: 4.1906mV

測試儀器: Keysight E5071C ENA

解決方案: 經過驗證,其問題點為鐵殼內部的GND所造成,加強內外部鐵殼與PCB GND連接其訊號完整性才會提高而通過規範。

改善後: 3.5948mV

測試儀器: Keysight E5071C ENA

全方位高頻治具設計與測試服務

通過以上所舉例出的的四個案例,都顯示出高頻設計上的一些不能輕忽的要點,從設計規劃、治具焊接、再到加工方式,每一步的操作都會影響到高頻性能。尤以焊接部分為例,輕則影響訊號表現,重則阻抗不匹配或是IL 以及RL不佳而使高頻訊號失真,這是在高頻版設計上所不能輕忽的。百佳泰全方位的高頻治具設計與測試服務,能協助客戶從圖樣設計、驗證改善、到取得證書一站式到位,使得您的產品高效、快速、高品質上市!

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