ate高速loadboard设计关键技术分析

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1、ATE高速Loadboard设计关键技术分析王海涛田雨（重庆邮电大学）摘要：高速PCB板的设计首先要解决好信号完整性问题，本文依据信号在ATE测试机台走向针对通孔、传输线和涂层等几个方面对高速PCB设计做几点探讨。关键词：自动测试设备；Loadboard；信号完整性；通孔；传输线；涂层从上面的通孔寄生参数知道，在设计DUTloadboard时，需要仔细考虑信号通孔和焊盘的直径、接地通孔和焊盘的直径，信号通孔和接地通孔的间距，接地空环/电源空环，以及是否使用盲埋孔。在设计ATE机台的pogo时，实验已验证，若按照传统单个pogopin

2、设计方法，由于受到pogo表面谐振现象的影响，信号的带宽受到很大的限制，当信号带宽达到一定频率时，信号的衰减甚至会高达10dB。为了能传输高速率信号，必须采用新颖的pogo设计方法，仔细考虑信号路径的完整性，包括每小部分的阻抗，减少信号受到的谐振，串扰、反射的影响[3]。一种合适的方法就是利用数个地pogo环绕信号pogo的方式。这样不仅可以产生一个阻抗可调的垂直通道，同时，地pogo也为信号pogo的信号提供屏蔽和信号返回路径的作用。接地通孔的个数、大小可以根据具体情况而定，一般选三、四个就比较合适，通孔的个数太多电路会呈现容性。

3、采用这种方法并借助3D-EM仿真工具对pogo焊盘、孔直径、通孔位置等具体参数进行优化，可以使信号在传输高达10G的速率时，仍保持较好的信号完整性[4]。我们在计算这种方法优化的通孔参数时，可以先计算一个接地通孔与信号通孔形成的电容量和电感量，并假定这两个通孔实质上是两根直径相同的导线。D为通孔的直径，a为信号通孔和接地通孔之间的中心距。一对通孔的电感L的计算公式为：(3)两种通孔的孔径和焊盘直径分别是29mil、40mil。通孔地空环有不同的直径。从通孔的具体参数可以知道增加通孔的尺寸会增加通孔的容性，增加通孔的长度会增大通孔的感

4、性，现在验证通孔的空环对通孔的影响。并借助于3DHFSS工具比较三种不同地空环的大小带来的损耗：地空环为70mil、地空环为100mil、信号地空环为70mil，其它地空环100mil。图(3)是这三种设计方法S参数的仿真结果，可以清楚地看出来三种设计方法的插入损耗大约在超过16G附近急剧下降，但第三种方法相对较好些，图(4)它们TDR的仿真结果显示：波形的第一个转折点为信号刚流经通孔，空环都为70mil的通孔在信号转移中呈现较多的容性，而空环为100mil的通孔呈现较多的感性。图(5)是三者在网络分析仪实际测试的结果，图(6)是三

5、者TDR测试的结果，可以容易地看出仿真和实际的结果相差不是太大，从中也可以得出一般高速过孔的设计方法[5].AnalysisofATEHigh-speedLoadboardDesignTechnologiesWangHaitaoTianYu(ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications)Abstract:SolvingthesignalintegrityproblemsisthefirsttaskforHigh-speedPCBboarddesign.Basedonthesignal

6、pathontheATEdiscussiononthethrough-hole,transmissionline,andcoatingforhigh-speedLoadboarddesignismade.Keywords:ATE;Loadboard;signalintegrity;through-hole;transmissionline;coating0前言近年来，随着CMOS器件的数据速率达到10Gb/s和I/O数目的不断增加，这不仅给ATE(AutomaticTestEquipment)的测试带来很大的挑战，而且给Loadbo

7、ard的设计也带来越来越多的挑战。工程师们不但要在狭窄的区间完成高密度的布局和布线，而且还要保证数据速率在达到10Gb/s时，仍能达到可接受的误码率。但是系统在数据速率达到3Gb/s以上范围所衍生的损耗、串扰、反射等严重问题都是不可避免的[1]，本文基于ATE测试机台从pogo、传输线、以及通孔、电源完整性方面来简述一下高速Loadboard的设计。随着对带宽需求的增长，逐渐出现几种SerDes、PCIExpress、RapidI/O、Hypertransport、LVDS等高速接口，这对ATE测试提出了很高的要求，尤其是对Load

8、board上DUT高速接口设计带来更高的挑战，这已不再是简单地在loadboard放置50Ω的布线。实现高速Loadboard板上信号完整性必需采取一些适当的技术和设计技巧。在ATE机台上对具有高速接口的芯片进行测试中，信号通路上有很