本帖最后由 edadoc 于 2024-7-15 17:54 編輯
( ?2 k8 ~' B$ S2 N( o& [! ^$ `" A- y3 Q1 J
高速先生成員--黃剛
- x( q# } e& K6 v7 _4 E7 @每一位剛進(jìn)入PCB行業(yè)的同學(xué),基本上頭幾個(gè)接觸到的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)就肯定少不了“3H”原則。當(dāng)然大家也都知道,這個(gè)原則是為了傳輸線之間的串?dāng)_改善而建立的規(guī)定,那就是要求傳輸線中心到中心的距離滿足至少3H的值(也就是空氣間距gap大于2H),其中H是傳輸線到參考平面的距離,其實(shí)也就相當(dāng)于是上下層PP或者CORE的厚度了,就好像下面的樣子。
& ^ K5 Q$ d: x; v
303-01.png (85.6 KB, 下載次數(shù): 7)
下載附件
保存到相冊(cè)
2024-7-15 17:51 上傳
" M" j G; n0 Z/ _5 r( t# x7 |
. C2 Y |- K+ X/ I6 a
/ n3 p. l3 Y3 y6 P; P; _2 F! z
當(dāng)然 pcb設(shè)計(jì)工程師本身只會(huì)對(duì)物理規(guī)則負(fù)責(zé),不對(duì)電氣規(guī)則負(fù)責(zé)。也就是說,SI工程師定下來“3H”原則后,PCB工程師通過疊層文件知道了H的數(shù)值后,然后在組內(nèi)的高速差分線應(yīng)用上去就好了?臻g緊張的滿足“3H”,空間不緊張的拉開到“5H”,甚至是驚人的“7H”!總之,PCB工程師只管在PCB版圖上實(shí)現(xiàn)就完事了。 : w6 g. ]/ M3 y% p$ F
303-02.png (55.35 KB, 下載次數(shù): 6)
下載附件
保存到相冊(cè)
2024-7-15 17:51 上傳
6 `2 D1 @! b% r0 `) k3 R, w3 `
: |4 L+ }# n! F- S
. L8 B+ `! Y) ^$ o0 o
這不有一天,公司內(nèi)一群好學(xué)的PCB工程師同事找到了Chris,想知道到底“3H”原則是不是就一定能讓高速信號(hào)之間的串?dāng)_變得很小了,有沒有必要做成“5H”甚至“7H”,總之就是,他們想讓Chris把物理規(guī)則量化成電氣規(guī)則。面對(duì)同事的“軟磨硬泡”,行唄,那就以他們手頭上的這個(gè)25Gbps的高速項(xiàng)目為例給他們說道說道。
5 B, _6 v: W+ m# d3 dChris先打開他們?cè)O(shè)計(jì)文件的疊層,高速線走了很多個(gè)內(nèi)層,結(jié)構(gòu)線寬都相同。以L5層高速線為例,上面的core厚度是4mil,下面的PP也差不多4mil。然后按照100歐姆阻抗控制的話,線寬為4.5mil,線間距為7.5mil,如下所示:
* i6 l# l2 R4 n J( \( v9 K/ S
303-03.png (137.34 KB, 下載次數(shù): 7)
下載附件
保存到相冊(cè)
2024-7-15 17:51 上傳
! W- x/ j# i* V4 n1 i6 O+ T8 _' p
- P% ]+ T( I1 A4 N6 B# m那我們把L5層的走線提取到3D模型中去,通過仿真來驗(yàn)證所謂的“3H”原則。模型就是下面這樣了。 " b. U1 Q/ _* c5 e
303-04.png (104.28 KB, 下載次數(shù): 8)
下載附件
保存到相冊(cè)
2024-7-15 17:51 上傳
/ Z9 }( L. O) s5 ~) a
9 A9 d |3 n/ _( ~1 l( Y那首先我們看看只有一對(duì)走線的情況下,去仿真它的電磁場(chǎng)特性,結(jié)果如下:
9 _' j0 R2 D- q
303-05.png (179.28 KB, 下載次數(shù): 9)
下載附件
保存到相冊(cè)
2024-7-15 17:52 上傳
- g3 Q/ F; W3 U# Q- l
4 y r1 c7 A: @5 f) z9 i可以看到,電磁場(chǎng)的范圍基本上就在差分線中心往左邊或者右邊3H的距離,H是4mil。再遠(yuǎn)的地方其實(shí)就沒太多電磁場(chǎng)分布了。從參考地平面的角度去看也是類似的結(jié)論,如下所示,也還是基本集中在3H的范圍。 3 Z0 [/ l. k) a, M
303-06.png (135.1 KB, 下載次數(shù): 6)
下載附件
保存到相冊(cè)
2024-7-15 17:52 上傳
4 }8 x. t8 X; d1 Z( q. N# }) ]0 V# n* D+ k) q; K8 d4 ^
當(dāng)然如果把另外一對(duì)做到3H原則的差分線一起放進(jìn)來看,也能有同樣的結(jié)論,左邊這對(duì)攻擊線的電磁場(chǎng)其實(shí)還沒波及到右邊這對(duì)受害線上面去。既然電磁場(chǎng)沒波及過去,也就說明其實(shí)串?dāng)_能量也不會(huì)很多的傳遞過去。
- D9 S* V* T$ L& @
303-07.png (163.97 KB, 下載次數(shù): 11)
下載附件
保存到相冊(cè)
2024-7-15 17:53 上傳
6 _1 b8 Z+ w- Z, q
( A$ O" X; I6 J2 j/ T, G' BChris從電磁場(chǎng)的角度給設(shè)計(jì)的同事去分析,他們的確是有一種get到新知識(shí)的新鮮感,而且這個(gè)場(chǎng)的仿真結(jié)果也比較形象,能直觀的看到“3H”設(shè)計(jì)原則的效果,他們看到都紛紛表示。。。贊! 9 E, d" M' S; D0 m: S
當(dāng)然,場(chǎng)的仿真結(jié)果其實(shí)也還是個(gè)定性的結(jié)果了,可能給PCB設(shè)計(jì)的同事看比較直觀,但是并沒有起到一個(gè)量化的效果。如果要量化具體指標(biāo)的話,還得回到傳統(tǒng)的S參數(shù)仿真方法,也就是直接進(jìn)行串?dāng)_的頻域仿真。 Chris對(duì)模型賦上一定的掃描變量,看看這兩對(duì)差分線從最小的“2H”到“3H”再到“5H”(其實(shí)Chris還順帶偷偷仿真了“7H”哈)的情況下串?dāng)_具體數(shù)量的差異!以下就是“2H”、“3H”和“5H”三種case的仿真模型。
) h! u3 v! n% Z& q2 f
303-09.png (90.9 KB, 下載次數(shù): 8)
下載附件
保存到相冊(cè)
2024-7-15 17:53 上傳
, V/ h' d( x! a6 s
% @7 @$ i+ t% c$ K/ N3 G0 _唰一下,不同差分線間距的串?dāng)_仿真結(jié)果都完成了,我們把結(jié)果放到一起來直觀的對(duì)比,如下所示:可以看到,2H的情況下串?dāng)_就比較大了,只有不到35db,3H的話已經(jīng)能做到50db,4H和3H其實(shí)差異就不大了,如果要往60db去做的話,就要達(dá)到5H的距離,如果繼續(xù)追求高指標(biāo)的話,7H可能是你們喜歡的設(shè)計(jì)哈! 4 i( |- m+ @: E1 O( J1 R, J$ l
303-10.png (172 KB, 下載次數(shù): 9)
下載附件
保存到相冊(cè)
2024-7-15 17:54 上傳
/ ]& x$ t& T4 K, E# O3 B) ~* o
- w4 D' e, N+ q. f ^( _1 |當(dāng)然對(duì)于25Gbps信號(hào)來說,編碼方式是NRZ編碼,其實(shí)3H是夠用的了。如果在同樣基頻下要跑到56Gbps-PAM4的話,可能需要往5H做,因?yàn)镻AM4的串?dāng)_的要求還是比較高的。反正需要做到多少間距,一個(gè)是看你們的產(chǎn)品的速率來定,另外就是看設(shè)計(jì)工程師能不能做到了哈。
4 N" ]9 z/ l" O當(dāng)Chris把這個(gè)量化的S參數(shù)結(jié)果做出來準(zhǔn)備再給設(shè)計(jì)部的同事展示的時(shí)候,發(fā)現(xiàn)他們?cè)缇团芄饬,全部回去繼續(xù)做他們的設(shè)計(jì)去了,對(duì)于設(shè)計(jì)工程師來說,知道原理和定性的看到電磁場(chǎng)的結(jié)果,他們其實(shí)已經(jīng)滿足了…… . F0 u+ ]$ R) V9 y0 c$ |0 Y$ s+ }. m% @
|