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高速PCB设计过孔不添乱,乐趣少一半

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发表于 前天 15:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
高速先生成员--姜杰

高速先生最近写了不少介绍高速信号仿真的文章(文章链接汇总,看这篇就够了《聊聊100G信号的仿真》)。雷豹逐一研读后感觉获益匪浅,甚至一度觉得自己强的可怕,不过,在得知即将负责一个112Gbps的仿真项目后,多少还是有点小紧张,就像等待男友的少女……


虽然是改板设计,毕竟信号速率摆在那里,雷豹丝毫不敢大意。经过前期的密集沟通和准备工作,单板终于进入了仿真阶段。
其中,BGA高速信号管脚的优化方式,暂时保留之前的设计,最终方案有待仿真确认。
根据高速信号的管脚分布,为减小TX与RX之间的串扰,二者需要分层布线。同时,为减小反向信号之间线穿孔带来的串扰(不知道在说啥的朋友看这里《TX RX分层,怎么分才对?》),对于TOP面布局的BGA,外圈管脚对应的高速信号走线,选择靠TOP面的层面,扇出过孔的Z轴方向有效长度较短(简称短过孔);内圈管脚对应的高速信号走线,选择靠BOTTOM面的层面,扇出过孔的Z轴方向有效长度较长(简称长过孔)。


所以,现在的问题就是该如何对长、短两种过孔分别进行优化了。
雷豹决定先看短孔的情况,因为短孔通常呈容性,优化方法也比较简单,反焊盘咔咔一顿挖就行了。果然,短孔阻抗和预期的一样,是偏低的。


一通操作猛如虎,短孔阻抗很快就达到了比较理想的水平。
接下来是长孔,上一次优化感性长孔的痛苦回忆让雷豹心有余悸,深呼吸,先摸摸底,仿真看看原设计的阻抗有多夸张。


出人意料,Z轴有效长度123mil的长过孔,阻抗居然也呈容性特征!


怎么回事?本来憋足劲想要大展拳脚的雷豹,感觉像是一拳擂在了棉花上。
他的第一反应是,Layout攻城狮熟读高速先生文章,长孔使用了孔径较大的过孔。检查发现长孔和短孔的过孔相同,孔径8mil。
那就只有过孔分布的影响了。可是,Pitch一样的管脚扇出方式不应该也是一样的吗?
虽然觉得同一个BGA差分过孔扇出方式不大可能不同,雷豹还是开始仔细比对,还真就找出了差异:短过孔的N、P信号过孔对内间距37mil,长过孔的只有31mil!


看到原版设计两种过孔间距的规律性分布,雷豹仿佛明白了什么。为此,他专门做了个对比,其它条件不变的情况下,把长过孔的间距也增加至37mil,果不其然,感性过孔如约而至,阻抗再次飘高。


找到原因,剩下的就好办了。容性过孔嘛,熟悉的配方,熟悉的套路,雷豹手到擒来,很快完成了长孔的阻抗优化。
通过这个案例,雷豹也琢磨出了点门道:没有什么是一成不变的,只要能优化性能,BGA扇出过孔的间距同样可以用来做文章,正所谓:
“别人笑我太疯癫,
我笑他人看不穿。”
不见阻抗突变处,
无峰无谷无波澜。
看来,原版背后有高手,雷豹迫不及待的去OA流程溯源,师傅Chris的名字赫然入目……
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