一种高速数字电连接通道阻抗在线监测方法技术

本发明专利技术公开了一种高速数字电连接通道阻抗在线监测方法，本发明专利技术提供的方法是利用高速电连接通道特性阻抗变化对脉冲信号边沿和幅度的影响，通过监测脉冲信号边沿和幅度变化，评估通道阻抗变化的情况，检测高速数字电连接永久和间歇性故障，评估电连接性能；本发明专利技术提供了一个基于FPGA实现脉冲发送器和脉冲接收与检测器功能的参考设计和电连接检测线路，本发明专利技术提供的方法可以支持通过高速数字背板的环回测试、通过高速数字背板的互连测试、通过电缆的环回测试、通过电缆的互连测试和BGA焊接状态的在线测试等多种应用。

【技术实现步骤摘要】
一种高速数字电连接通道阻抗在线监测方法
本专利技术涉及高速数字电连接通道阻抗在线监测
，具体为一种高速数字电连接通道阻抗在线监测方法。
技术介绍
本专利技术涉及的高速数字电连接通道指的是高速串行收发器间的无源电连接线，具体包括：芯片封装、焊盘、过孔、印制线和电连接器。高速串行收发器发送和接收的数字电信号的波特率一般在1Gbps至25Gbp之间。高速数字电连接通道各组成部分都会影响电连接性能。例如芯片封装失效、焊盘开裂、金属化孔连接失效、印制线连接失效、电连接器接触不良等因素，最终都体现为通道的阻抗变化，导致电连接性能下降，数字信息传输误码率升高，直至传输中断。多项研究和试验表明，影响高速数字电连接通道可靠性的主要因素是在温度、湿度、振动和冲击等应力条件下，球栅阵列封装焊点和电连接器接触点的永久和间歇性失效。由于BGA封装具有性能高，集成度高等优点，已成为目前集成电路封装中最先进的封装技术之一，并被广泛应用于电子领域。然而，BGA封装在使用过程中，尤其在恶劣环境条件下，面临可靠性较低的技术瓶颈问题。多项研究表明，当PCB组件受到瞬态冲击时，会造成PCB板的瞬态弯曲运动。而PCB板的瞬态弯曲将会同时引起BGA封装焊球处以及其他部分的瞬态应力，使得焊点失效。由冲击、跌落等动态因素引起的焊点破坏进而导致的器件破坏在电子封装芯片的破坏中占有很大的比例，约占20％。尽管影响封装性能的因素多种多样，但焊球通常被认作是最脆弱的部位。在随机振动载荷下，机械振动和PCB往复弯曲使焊点承受反复的拉压循环应力也会导致PCB组件上BGA封装焊点失效。失效分析结果表明，振动条件下，表面焊锡接点断裂失效位置多处于封装的远角，且处于靠近PCB板一侧。另外，电子产品在使用过程中，芯片会产生热量，使封装系统的各个组件温度升高，而封装体是由不同材料组成，由于不同材料之间的热膨胀系数存在较大差异，温度的变化使封装体承受极大的热应力，封装材料中强度相对较低的焊球会因反复的热应力导致开裂而产生破坏，从而使整个封装体失效。试验表明，在-40至125℃温度循环条件下，塑封球栅阵列(PBGA)样品的热疲劳品寿命在500周左右。VPX系列高速背板电连接器符合VITA46/48电气接口标准，具有小型化、模块化、高密度、高速率等特点，可实现单端信号、差分信号的集成化传输和背板对子板的供电功能，传输速率可达20Gbps，广泛应用于嵌入式系统。但VPX电连接器在使用过程中也暴露了可靠性较低的问题。VPX电连接器采用硅晶片(也称为金手指)结构实现插头和插座的连通，该结构具有连接紧密，插入损耗低、误码率低等优点，但由于插头和插座的结构复杂，对各零件尺寸的控制要求严格，对公差较为敏感，对电连接器生产、背板的弓曲和扭曲度、电连接器压接、机箱生产装配的要求较高。实际生产和使用过程中，VPX电连接器都多次出现接触不良的故障。测量高速数字电连接通道阻抗的方法主要有通过时域反射计(TDR)直接测量，可以通过矢量网络分析仪测量S参数，再经过数学变换获得阻抗值。虽然通过专用仪表测量可以获得精确的阻抗值，但通过仪表测量的方法无法在线进行，无法实时获取设备工作时电连接通道阻抗变化的情况。通过读取高速串行收发器的错误及状态寄存器虽然可以在线获取数字信息传输状态，但不能区分芯片失效和电连接故障，不能定位故障原因。另外，由于缺少在线评估高速数字电连接通道性能的方法，无法对数字信息传输故障进行预测。CN102072762公开了“一种脉冲注入式线路舞动在线监测方法”，通过从电容式电压互感器的末端注入10ns的脉冲信号，当线路舞动时，线路的电容发生改变，继而波阻抗发生变化，导致沿线路传输的脉冲信号发生波动，从而判断线路舞动情况。该方法的应用领域是电力系统架空输电线路在线监测。综上所述，由于受到长期的环境应力(如温度冲击)和机械应力(如振动)的影响，高速数字电连接通道的特性阻抗会发生瞬间的和永久的变化，通道阻抗的变化会严重影响高速数字信号的传输质量，导致误码率的增加，降低系统互连的可靠性。通过在线监测获取高速数字电连接通道特性阻抗变化数据，检测高速数字电连接永久和间歇性故障，评估和预测通道性能，并为基于故障预测与健康管理(PHM)技术的设备维护保障提供依据。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高速数字电连接通道阻抗在线监测方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高速数字电连接通道阻抗在线监测方法，包括如下步骤：s1:在高速数字电连接通道上增设、使用以下部件：脉冲发送器、脉冲接收与检测器和电连接检测线路；s2:脉冲发送器发送一定数量的脉冲信号；S3:脉冲信号通过电连接检测线路传输到脉冲接收与检测器；S4：脉冲接收与检测器接收脉冲信号，检测脉冲个数并判断。优选的，所述脉冲发送器为小型高频电压脉冲发生器，脉冲频率范围为60～80MHz，幅度为1.8V、2.5V或3.3V电平数字信号。优选的，所述脉冲接收与检测器为小型电信号接收器，接收电信号频率大于60MHz，电平与脉冲发送器相同。优选的，所述电连接检测线路连接脉冲发送器和脉冲接收与检测器，电连接检测线路包括：封装、焊盘、过孔、印制线、电连接器和测试电容。优选的，所述印制线为阻抗控制印制线，阻抗范围为45～55Ω，走线总时延范围为1～3ns。优选的，所述测试电容为小型贴片电容，一端连接脉冲接收与检测器接收端，一端连接脉冲接收与检测器的地端，电容值为20pF±10％。优选的，脉冲信号由脉冲发送器产生，通过电连接检测线路传输到脉冲接收与检测器，脉冲接收与检测器根据电连接间歇性故障的判决标准判决电连接间歇性故障。与现有技术相比，本方案设计了一种高速数字电连接通道阻抗在线监测方法，具有下述有益效果：(1)本专利技术提供的方法是利用高速电连接通道特性阻抗变化对脉冲信号边沿和幅度的影响，通过监测脉冲信号边沿和幅度变化，监测通道阻抗的变化情况，检测高速数字电连接永久和间歇性故障。(2)本专利技术提供的方法在不影响其它电路工作的情况下，实现高速电连接通道阻抗的实时在线监测，检测电路实现简单，占用资源少，成本低，可应用于BGA焊点，背板和电缆等高速电连接通道的监测。附图说明图1是高速电连接通道阻抗在线监测原理图；图2是通过高速数字背板的环回测试系统图；图3是通过高速数字背板的互连测试系统图；图4是BGA焊接状态在线测试系统图；图5是本专利技术提供的基于FPGA等可编程器件实现脉冲发送器和脉冲接收与检测器功能的参考设计功能框图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供一种技术方案：一种高速数字电连接通道阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速数字电连接通道阻抗在线监测方法，其特征在于，包括如下步骤：/ns1:在高速数字电连接通道上增设、使用以下部件：脉冲发送器、脉冲接收与检测器和电连接检测线路；/ns2:脉冲发送器发送一定数量的脉冲信号；/nS3:脉冲信号通过电连接检测线路传输到脉冲接收与检测器；/nS4：脉冲接收与检测器接收脉冲信号，检测脉冲个数并判断。/n

【技术特征摘要】
1.一种高速数字电连接通道阻抗在线监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
s1:在高速数字电连接通道上增设、使用以下部件：脉冲发送器、脉冲接收与检测器和电连接检测线路；
s2:脉冲发送器发送一定数量的脉冲信号；
S3:脉冲信号通过电连接检测线路传输到脉冲接收与检测器；
S4：脉冲接收与检测器接收脉冲信号，检测脉冲个数并判断。


2.根据权利要求1所述的高速数字电连接通道阻抗在线监测方法，其特征在于，所述脉冲发送器为小型高频电压脉冲发生器，脉冲频率范围为60～80MHz，幅度为1.8V、2.5V或3.3V电平数字信号。


3.根据权利要求1所述的高速数字电连接通道阻抗在线监测方法，其特征在于，所述脉冲接收与检测器为小型电信号接收器，接收电信号频率大于60MHz，电平与脉冲发送器相同。


4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁慧，李宇庭，
申请(专利权)人：江苏华创微系统有限公司，中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32