Ihre Anforderung
Auf einer Leiterplatte wird jede Leiterbahn, die ein Spannungsreglermodul (VRM oder DC/DC-Wandler) mit dem Stromversorgungseingang eines oder mehrerer Schaltkreise verbindet, üblicherweise als Power Rail (Stromversorgungsschiene) bezeichnet. All diese Leiterbahnen bilden zusammen das Power Delivery Network (PDN) einer Leiterplatte.
Um seinen Zweck optimal zu erfüllen, sollte ein PDN eine charakteristische Impedanz im Milliohm-Bereich (mΩ) aufweisen. Darüber hinaus sollte die Impedanz idealerweise nicht frequenzabhängig nach oben oder unten vom Nennwert abweichen. Die Analyse des PDN-Frequenzgangs ist von Bedeutung, da der Stromfluss vom VRM zu den versorgten Schaltkreisen Einschwingphasen (z. B. während des Einschaltens, bei dynamischen Lasten usw.) unterliegt, die das Spektrum auf bis zu mehrere hundert Megahertz vergrößern.
Bei diesen Frequenzen spielt jede Verbindung innerhalb des PDN eine aktive Rolle bei der Leistungsübertragung, da sie sich abhängig von ihren physikalischen Eigenschaften wie Spulen oder Kondensatoren verhalten. Die Stromversorgungsschienen selbst agieren als Übertragungsleitungen, wobei jede durch ihre eigene Induktivität und Kapazität gekennzeichnet ist. Ein Stromfluss durch diese Schwingstrukturen ist für die versorgten Schaltkreise oftmals problematisch (z. B. in Bezug auf Signalintegrität, elektromagnetische Strahlung usw.). Die präzise Charakterisierung der Impedanz eines PDN ist daher beispielsweise bei Leiterplattentests und bei der Fehlersuche von höchster Bedeutung.
Allerdings eignen sich nicht alle Messgeräte für Impedanzmessungen. So können einige aufgrund ihres unzureichenden Dynamikbereichs niedrige Impedanzen nicht messen. Andere wiederum können keinen Sweep bis zur gewünschten Frequenz und deren Harmonischen durchführen oder sie verfügen nicht über eine geeignete Schnittstelle zur Leiterplatte. Vektornetzwerkanalysatoren (VNA) bieten all die oben genannten Eigenschaften. Allerdings verhält sich die Präzision der Impedanzmessung proportional zur Genauigkeit des Geräts in Bezug auf Anpassung und Reflexion oder Transmission.
Dabei ist zu beachten, dass bei einem PDN ein Fehler von 1 mΩ über das Ergebnis eines PASS/FAIL-Tests entscheiden kann. Somit wirken sich die Wahl eines geeigneten VNA und ein korrekter Messaufbau positiv auf die Produktionsausbeute aus, indem eine niedrige Messunsicherheit sichergestellt wird und so die Wahrscheinlichkeit für falsch positive Ergebnisse sinkt.