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明明設計的是高帶寬,差點加工成開路?

發布時間:2022-06-27 15:29

作者:一博科技高速先生成員 黃剛

有沒有感覺最近只看到了東哥的文章,是不是一度以為我們**了呢。沒有啦,在這里還是要鄭重的和廣大的粉絲們解釋下,高速先生這段時間一直在積累一些很有趣的素材,學習一些新的技術,以便給大家看到更多富有啟發性的文章,這不我們又來了嗎!


說回正題哈,作為我們高速先生的主業也就是SI,其實一直以來我們都很關心設計和加工出來的差異,尤其對于高速信號來說,高速先生只有在加工誤差比較小的情況下,才能去很好的完成一些仿真和測試的擬合。剛好高速先生正在研究一些適合112G的超高寬帶傳輸的設計,PCB設計完加工回來后,高速先生立馬投入到了緊張的測試中,結果就有了本文開頭那一幕的感慨。。。

當我們測試到一對帶1.85同軸連接器的內層走線時,測出了讓我們意想不到的結果。設計就是一對差分線,我們主要是看看一款高速板材的損耗和加上同軸連接器后,鏈路的帶寬和線性度能去到多高頻率。

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我們首先關注下同軸連接器位置的阻抗和差分線的阻抗,第一反應,感覺還是不錯的,尤其是走線,整個鏈路的阻抗都在±5%以內,雖然不能算特別優秀,但是心理至少能接受的那種。

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然而當我們測到插損曲線的時候,整個人都不好了,這啥啊這,居然平平無奇的一對差分走線會有那么大的諧振點,在28GHz的位置就和開路沒什么兩樣啦!

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于是我們首先懷疑的是設計,看看是不是在PCB設計上犯了一些很低級的錯誤,結果查了設計文件,壓根就沒問題嘛,線寬線距,等長都沒問題啊!

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這就奇怪了,一開始高速先生是懷疑是不是漏了背鉆,因此畢竟是3mm的板子,我們這對差分線走到了很靠上的層,但是從差分的TDR阻抗就已經排除了我們的想法,因為全鏈路上都沒有一些很低的阻抗點,如果是漏背鉆的話,肯定會在阻抗上看出問題的!


那到底是什么問題呢?于是我們把重點放在差分線P和N單端延時差的問題,于是我們把這對差分的P和N分別給一個階躍信號,來從時域上看看它們的延時到底有沒有差別。結果讓高速先生大跌眼鏡,P和N之間的延時差居然有0.17?不對,1.7?也不對,是17.5ps?。?!

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如果你對ps這個單位沒什么概念的話,高速先生轉成mil你就知道有多夸張了,就是大概100mil的長度差,也就是說,設計上是完全等長的兩根線,加工出來居然有100mil的長度差,最關鍵的是走線長度還不到3inch。


通過上面的測試和分析,其實高速先生大概率想到了是玻纖效應影響造成的,具體什么是玻纖效應,就不在這里展開了,可以翻看之前很多期的文章都有提到哈。于是我們把板子拿到板廠做了下切片,以便更好的和我們的預想貼合。不一會,切片圖就出來了,果然,就是這個問題了。

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可能有部分的粉絲沒看過PCB切片圖,其實就是在和走線垂直的剖面切開,用高倍顯微鏡來看切面的畫面。就像本文的這張切片圖一樣,可以看到差分走線剛好一根走在了玻纖的交疊區域(右),另外一根走線窗口處(左),而且不知道算是多大分之一概率的機會,上下都各有兩張pp(core也是兩張pp組成),而且pp也還是扁平布的情況下,依然無法阻擋差分的P和N處于比較一致的狀態。另外只要是知道了玻璃布和膠的介電常數差異,你就會明白這種情況有多嚴重了。


要不就這樣結尾了,高速先生已經哭倒在實驗室了。。。
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