芯耀
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公眾號(hào) | 高速先生，作者 | 黃剛
又是嶄新的一年哈，高速先生在總結(jié)去年一年的粉絲互動(dòng)問(wèn)題時(shí)，驚人的發(fā)現(xiàn)排在前列的問(wèn)題就包括了差分過(guò)孔的優(yōu)化方法能不能大概給出來(lái)。當(dāng)然，大家都知道，像傳輸線的阻抗板廠可以來(lái)保證，但是它們沒(méi)法保證過(guò)孔的阻抗。隨著速率越來(lái)越高，過(guò)孔就變成了比傳輸線損耗更危險(xiǎn)的東西了。
在大家以前的觀念中，一個(gè)過(guò)孔哪怕是隨便設(shè)計(jì)一下，損耗頂多去到1-2db就已經(jīng)頂天了吧。在一條具體項(xiàng)目的芯片到芯片高速25Gbps鏈路中，只有收發(fā)兩個(gè)差分過(guò)孔和中間的傳輸線，你能想象過(guò)孔優(yōu)化好和沒(méi)優(yōu)化好的損耗差距有多大嗎？仿真結(jié)果絕對(duì)顛覆你們想象。
對(duì)，差分過(guò)孔不做優(yōu)化的話，整體鏈路的損耗去到接近20dB，如果認(rèn)真去優(yōu)化之后，損耗只有4個(gè)db，也就是兩個(gè)過(guò)孔優(yōu)化前后差了16個(gè)db！對(duì)比藍(lán)色的損耗協(xié)議來(lái)說(shuō)，就是pass和fail的巨大區(qū)別。走線那么長(zhǎng)才幾個(gè)db的損耗，沒(méi)想到一個(gè)小小的過(guò)孔能比走線損耗都大哦！
所以嘛，高速先生粉絲才每年都問(wèn)我們能不能給一些通用的過(guò)孔優(yōu)化方式。當(dāng)然這個(gè)要求本身情有可原，一點(diǎn)也不過(guò)分。畢竟過(guò)孔的影響就擺在那嘛。通過(guò)下面這個(gè)單端過(guò)孔的影響示意圖也能看到過(guò)孔的很多參數(shù)都會(huì)影響過(guò)孔性能。更何況的參數(shù)更多的差分過(guò)孔了。
但是高速先生也是有苦衷的啊，平時(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆绞蕉纪扑]大家去做個(gè)仿真，真的不是故意體現(xiàn)我們的存在感哈！而是每個(gè)項(xiàng)目的過(guò)孔參數(shù)都不同，實(shí)在是沒(méi)法一概而論。下面高速先生用回答一個(gè)和我們合作多年的重要客戶同樣問(wèn)題的例子來(lái)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(shè)計(jì)指導(dǎo)書，然后對(duì)高速先生說(shuō)，你們能不能也出一個(gè)像他們一樣的過(guò)孔設(shè)計(jì)給行業(yè)用呢？高速先生拿到他們的關(guān)于過(guò)孔的指導(dǎo)圖看看，的確是有不錯(cuò)的約束。它們對(duì)差分過(guò)孔做了很多的約束，例如信號(hào)孔到地過(guò)孔的間距為35mil，過(guò)孔的孔徑為10mil，焊盤大小為22mil，甚至還規(guī)定了反焊盤為32mil的橢圓形反焊盤。
這個(gè)客戶就拿著這個(gè)他們認(rèn)為可以直接照抄的過(guò)孔設(shè)計(jì)指導(dǎo)來(lái)找我們，問(wèn)高速先生也能不能在行業(yè)內(nèi)去做這樣的普及。上面這個(gè)過(guò)孔設(shè)計(jì)指導(dǎo)乍眼一看好像所有參數(shù)的約束到了，但是真的是這樣嗎？高速先生就用這個(gè)模型來(lái)進(jìn)行建模仿真看看。按照它上面的約束參數(shù)，建模就是這個(gè)樣子了。
真的是什么參數(shù)都覆蓋了嗎？那你就太小看這對(duì)差分過(guò)孔了。高速先生在上面已經(jīng)約束很多基礎(chǔ)上再給大家挑幾個(gè)沒(méi)約束的參數(shù)來(lái)對(duì)比仿真下哈。
1.板材的介電常數(shù)不同
如果這個(gè)設(shè)計(jì)用到不同級(jí)別的板材上時(shí)，阻抗的差異有多大呢？假設(shè)用到了介電常數(shù)為4和3.5的兩種case上時(shí)，通過(guò)仿真會(huì)發(fā)現(xiàn)阻抗的差異有5個(gè)歐姆之多，如下所示：
2.出線層不同
如果同樣的過(guò)孔在內(nèi)層的出線層不一樣時(shí)，例如一個(gè)是靠很下層出線，stub比較短，另外一個(gè)是沒(méi)那么下層出線，stub稍長(zhǎng)一點(diǎn)，如下所示：
那么從對(duì)比的仿真結(jié)果看，阻抗差異會(huì)達(dá)到10個(gè)歐姆之多。哪怕長(zhǎng)點(diǎn)的stub有背鉆，我們之前的文章也有分享過(guò)，不同長(zhǎng)度的層出線，過(guò)孔阻抗也會(huì)有不小的差異哈。
3.差分過(guò)孔間距不同
仔細(xì)看給過(guò)來(lái)的過(guò)孔指導(dǎo)，其實(shí)只約束了信號(hào)孔到地過(guò)孔的距離，但是沒(méi)對(duì)信號(hào)孔之間的距離做約束，那我們分別建一個(gè)信號(hào)孔距離35mil和40mil，其他參數(shù)均滿足指導(dǎo)圖的case做對(duì)比，如下所示：
真沒(méi)想到吧，居然這樣也會(huì)有差異哦，從仿真結(jié)果看，也有超過(guò)3個(gè)歐姆的差異。
4.地平面多和少的區(qū)別
沒(méi)想到還有差異點(diǎn)吧，如果過(guò)孔長(zhǎng)度一樣的情況下，中間層的地平面多一點(diǎn)和少一點(diǎn)也會(huì)有差異，如下所示：
從仿真結(jié)果看，差異也有接近3個(gè)歐姆。
還有其他點(diǎn)嗎？高速先生其實(shí)覺(jué)得還有，時(shí)間關(guān)系就不再一一去摳了。這下客戶也服氣了，哪怕已經(jīng)約束了很多參數(shù)了，其實(shí)還有另外更加隱蔽的參數(shù)沒(méi)在里面，然后這個(gè)沒(méi)考慮到的參數(shù)在不同的設(shè)計(jì)項(xiàng)目中就有可能不同，那么導(dǎo)致過(guò)孔阻抗的差異從3到10歐姆不等，甚至更多。這個(gè)時(shí)候再回頭去看看所謂的過(guò)孔約束指導(dǎo)，是不是感覺(jué)意義就不那么大了吧。
當(dāng)然粉絲們也不用灰心，需要知道速率越高過(guò)孔參數(shù)不同的影響就越大。如果你們的產(chǎn)品速率沒(méi)有很高的時(shí)候，例如10GHz以前，按照我司的大部分有高速經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)工程師的設(shè)計(jì)方法都問(wèn)題不大，這個(gè)時(shí)候其實(shí)有不少裕量足以支撐你不用去仿真的。當(dāng)然速率上去了，如果大家深切的體會(huì)到了過(guò)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(huì)主動(dòng)向我們提仿真需求了哈。
Q、本期提問(wèn)
那大家又是怎么對(duì)高速過(guò)孔進(jìn)行設(shè)計(jì)的呢，有什么自己的方法和秘訣都可以分享下哈。
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