作者:一博科技高速先生成員 黃剛
1mm等于39.37mil,1cm等于10mm,成語故事中的毫厘在生活中的確是一個很小的單位,但是在我們SI的領域里,已經(jīng)是一個很大的衡量單位了。我們不會說這根走線的線寬是多少厘米,也不會說這塊PCB板的板厚是多少厘米。尤其對于高速信號而言,一個眼圖的UI都是以ps為單位的,也就是以mil級別為單位來計算,因此毫不夸張的說,無論是設計環(huán)節(jié)還是加工環(huán)節(jié),或者是外部的器件出現(xiàn)了幾個mil的偏差就足以影響到高速信號的性能,別不信哈,下面這個例子就夠讓你震撼的了!
我們幫助客戶設計了一塊傳輸112G信號的超高速測試板,其中就包括一條7inch左右的直通走線,當然大家知道設計的難點肯定是在于同軸連接器位置的優(yōu)化,需要通過精確的3D仿真來保證該位置的PCB優(yōu)化來滿足超高帶寬的傳輸要求,PCB設計和加工出來的實物就像下圖這樣。
板子加工出來之后,我們進行測試需要用到的連接器就是1.85mm的高速同軸連接器,簡稱1.85mm連接器,至于為什么叫“1.85mm”這么不整齊的數(shù)據(jù),各位粉絲們自行*度查查哈。這種連接器的標稱頻率能去到67GHz,價格也相當不菲,就這么說的,大概一個小小的連接器就能夠頂我們工程師們差不多1個月的豬腳飯。
高速先生Chris在板子回來后立馬安裝上了連接器進行測試,恩,效果還不錯,從損耗和線性度來看,在高頻的時候都沒有明顯的衰減,測試了好幾根信號,損耗也相當一致。
Chris進行了初步的驗證和摸底后,就把剩下幾塊板的重復測試驗證工作交給了雷豹,雷豹在測試方面也駕輕就熟,立馬重復了Chris的流程,安裝同軸連接器,然后利用網(wǎng)分進行測試。當我們都認為很快就可以測試完成了,然后就給客戶發(fā)貨的時候,意外情況就發(fā)生了!
雷豹在測試到其中一對的時候,突然發(fā)現(xiàn)這對信號的損耗居然有諧振點,是非常非常影響信號質(zhì)量的諧振點!
雷豹立馬反映給Chris,Chris一看這個測試結(jié)果,首先也是感到很詭異,因為這個是同一批次加工的板子,理論上不應該存在這樣的加工誤差。于是Chris就先去排除下測試的誤差,首先看到網(wǎng)絡分析儀的設置是沒有變過的,因此不是儀器的問題了,另外測試的cable也是一樣,于是還有一個差異就是同軸連接器了。我們分別對比下兩根信號所用到的同軸連接器,由于是同一廠家同一批次的連接器,外觀上的確看不出來有哪里不同,但是當我們把兩個連接器翻轉(zhuǎn)再翻轉(zhuǎn)來仔細瞧瞧的時候,憑借我們?nèi)庋鄣臉O限來觀察,仿佛是看到了連接器的內(nèi)芯的形狀會稍有不同,信號異常所使用的連接器的內(nèi)芯好像比較分散,稍有錯位和偏移,而觀測到信號正常的連接器以及剩下的大多數(shù)連接器都是內(nèi)芯的針比較緊密。
雖然只是mil級別的誤差,但是敏銳的Chris頓時覺得不簡單,腦海中已經(jīng)不斷的聯(lián)想到這個位置與cable的連接場景。同時也讓雷豹換一個我們感覺好的連接器在這根信號上試試,結(jié)果發(fā)現(xiàn)諧振點消失了,說明就是這個連接器帶來的諧振問題!
本來問題已經(jīng)定位清楚就可以收工了,但是愛鉆研的Chris并不滿足于此,還想通過仿真來還原下這個現(xiàn)象,當然這并不是一件簡單的事情,最難的就是要對連接器的公母頭進行3D建模了,一頓操作后,Chris就自認為把模型建得符合實際要求了。
我們看到的連接器的差異是在內(nèi)芯這個針片的位置,好的連接器的針包圍得比較緊密而且沒有移位,而不好的連接器明顯看到有錯位的現(xiàn)象!
我們在好的模型情況下,稍微改變下內(nèi)芯的針的相對位置,移動2-3mil的距離,使針形成看到的有錯位的樣子,差異的位置如下紅色的箭頭,只有幾個mil的變化,如果有的粉絲表示看不出來,高速先生也是可以理解的哈!
好,對比的模型已經(jīng)建好的,剩下的就交給仿真了。Chris分別對這兩種case進行3D仿真,仿真結(jié)果出來后,果然和Chris的驗證是符合的,好的連接器信號當然是線性的,而的確也仿真出了有移位的連接器的case,結(jié)果的確也是有諧振點的!
恩,這下在Chris看來,才算是徹底close掉了這個問題,終于可以下班了!