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高速先生成員--黃剛 又是嶄新的一年哈，高速先生在總結去年一年的粉絲互動問題時，驚人的發現排在前列的問題就包括了差分過孔的優化方法能不能大概給出來。當然，大家都知道，像傳輸線的阻抗板廠可以來保證，但是它們沒法保證過孔的阻抗。隨著速率越來越高，過孔就變成了比傳輸線損耗更危險的東西了。在大家以前的觀念中，一個過孔哪怕是隨便設計一下，損耗頂多去到1-2db就已經頂天了吧。在一條具體項目的芯片到芯片高速25Gbps鏈路中，只有收發兩個差分過孔和中間的傳輸線，你能想象過孔優化好和沒優化好的損耗差距有多大嗎？仿真結果絕對顛覆你們想象。 對，差分過孔不做優化的話，整體鏈路的損耗去到接近20dB，如果認真去優化之后，損耗只有4個db，也就是兩個過孔優化前后差了16個db！對比藍色的損耗協議來說，就是pass和fail的巨大區別。走線那么長才幾個db的損耗，沒想到一個小小的過孔能比走線損耗都大哦！ 所以嘛，高速先生粉絲才每年都問我們能不能給一些通用的過孔優化方式。當然這個要求本身情有可原，一點也不過分。畢竟過孔的影響就擺在那嘛。通過下面這個單端過孔的影響示意圖也能看到過孔的很多參數都會影響過孔性能。更何況的參數更多的差分過孔了。 但是高速先生也是有苦衷的啊，平時嚴謹的方式都推薦大家去做個仿真，真的不是故意體現我們的存在感哈！而是每個項目的過孔參數都不同，實在是沒法一概而論。下面高速先生用回答一個和我們合作多年的重要客戶同樣問題的例子來和大家解釋解釋下哈。 客戶拿出了他們找到的不知道哪一家的設計指導書，然后對高速先生說，你們能不能也出一個像他們一樣的過孔設計給行業用呢？高速先生拿到他們的關于過孔的指導圖看看，的確是有不錯的約束。它們對差分過孔做了很多的約束，例如信號孔到地過孔的間距為35mil，過孔的孔徑為10mil，焊盤大小為22mil，甚至還規定了反焊盤為32mil的橢圓形反焊盤。 這個客戶就拿著這個他們認為可以直接照抄的過孔設計指導來找我們，問高速先生也能不能在行業內去做這樣的普及。上面這個過孔設計指導乍眼一看好像所有參數的約束到了，但是真的是這樣嗎？高速先生就用這個模型來進行建模仿真看看。按照它上面的約束參數，建模就是這個樣子了。 真的是什么參數都覆蓋了嗎？那你就太小看這對差分過孔了。高速先生在上面已經約束很多基礎上再給大家挑幾個沒約束的參數來對比仿真下哈。 1. 板材的介電常數不同 如果這個設計用到不同級別的板材上時，阻抗的差異有多大呢？假設用到了介電常數為4和3.5的兩種case上時，通過仿真會發現阻抗的差異有5個歐姆之多，如下所示： 2. 出線層不同 如果同樣的過孔在內層的出線層不一樣時，例如一個是靠很下層出線，stub比較短，另外一個是沒那么下層出線，stub稍長一點，如下所示： 那么從對比的仿真結果看，阻抗差異會達到10個歐姆之多。哪怕長點的stub有背鉆，我們之前的文章也有分享過，不同長度的層出線，過孔阻抗也會有不小的差異哈。 3. 差分過孔間距不同 仔細看給過來的過孔指導，其實只約束了信號孔到地過孔的距離，但是沒對信號孔之間的距離做約束，那我們分別建一個信號孔距離35mil和40mil，其他參數均滿足指導圖的case做對比，如下所示： 真沒想到吧，居然這樣也會有差異哦，從仿真結果看，也有超過3個歐姆的差異。 4. 地平面多和少的區別 沒想到還有差異點吧，如果過孔長度一樣的情況下，中間層的地平面多一點和少一點也會有差異，如下所示： 從仿真結果看，差異也有接近3個歐姆。 還有其他點嗎？高速先生其實覺得還有，時間關系就不再一一去摳了。這下客戶也服氣了，哪怕已經約束了很多參數了，其實還有另外更加隱蔽的參數沒在里面，然后這個沒考慮到的參數在不同的設計項目中就有可能不同，那么導致過孔阻抗的差異從3到10歐姆不等，甚至更多。這個時候再回頭去看看所謂的過孔約束指導，是不是感覺意義就不那么大了吧。 當然粉絲們也不用灰心，需要知道速率越高過孔參數不同的影響就越大。如果你們的產品速率沒有很高的時候，例如10GHz以前，按照我司的大部分有高速經驗的設計工程師的設計方法都問題不大，這個時候其實有不少裕量足以支撐你不用去仿真的。當然速率上去了，如果大家深切的體會到了過孔的影響程度之后，我相信都不用高速先生推薦了，你們都會主動向我們提仿真需求了哈。 問題：那大家又是怎么對高速過孔進行設計的呢，有什么自己的方法和秘訣都可以分享下哈。 |
