都说高速信号过孔只管少 ，高速先生却说有时间多点反而好？
宣布时间：2023-02-13 13:59
作者：银娱geg优越会科技高速先天生员 黄刚
过孔在高速领域可谓让硬件工程师 ，PCB设计工程师甚至仿真工程师都心惊胆战 ，首先是由于它的阻抗没法像传输线一样 ，通过一些阻抗盘算软件来获得 ，一样平常来说只能通过3D仿真来确定 ，另外更难的是除了阻抗外 ，高频的消耗也凭证过孔结构的差别差别很是重大 ，过孔上的许多结构参数的差别都极其影响过孔的性能 ，综合上面的因素 ，各人都不想看到一条高速链路上泛起太多的过孔。从下图着实可以看到 ，一个过孔能优化的地方着实是不少的哈！
要是各人去看一些行业内着名公司的设计指导 ，在高速串行设计上大多都会有这么一条规则 ，那就是严酷控制高速串行信号收发链路中的过孔数目 ，一样平常给出高速链路在收发芯片之间只能有2个过孔 ，也就是中心就换一次层。
然而关于见多识广的PCB设计工程师 ，他们可能还履历过以下这种很难拍板的情形。
例如芯片到芯片互连的高速信号 ，我们知道 ，在不背钻的情形下 ，应该越靠近下层走线 ，性能会越好（芯片都在TOP层的情形） ，可是若是BGA的圈数较量多 ，可能用完了靠下的层 ，只能用靠上的层去走线了 ，那性能怎么办？要是超高速的25G以上的信号 ，可能直接背钻就背钻了 ，特殊花点特殊工艺的用度就算了 ，可是若是速率只是不上不下的10G到12.5G左右呢？若是同时又是一些对本钱较量敏感的消耗类产品呢？那怎么办？背钻照旧不背钻？
感受速率没有很是高 ，说服不了客户 ，甚至说服不了自己一定要背钻 ，怀了一丝幸运心理 ，不背钻也行。简直是不可往靠下的层去走了 ，过孔stub的长度也简直抵达了一个手艺上甚至工程师自己心理上的一个临界点。说究竟 ，就照旧本钱和性能之间很难去做一个选择！
没步伐 ，这个问题预计只有SI身世的高速先生能够给你谜底了。虽然 ，高速先生通过仿真可以告诉你若是不背钻和背钻这两种情形下的SI性能。可是高速先生还准备了另外一个更为折中的选择计划 ，就是不背钻的情形下也能改善性能的做法！虽然这并不是我们高速先生发明的设计哈 ，是行业内一家龙头公司的专利。可以看到 ，这是一个很是巧妙的要领 ，原来一个换层过孔会导致很长的stub（下图的80mil） ，通过在表层再转一次过孔 ，就酿成了20mil的短stub ，虽然价钱就是多了一个过孔。可是抵达的目的是走线层不需要爆发转变 ，更主要的是不再需要由于长stub而需要背钻的工艺了。
虽然 ，本系列的话题是通过仿真来分享SI的理论 ，上面的理论说的差未几了 ，那我们继续使用我们的3D软件去建一个U-turn的case ，来仿真比照下这个要领的性能。
我们划分建设三个用作比照的3D模子 ，划分如下：
1 ，原始的没有U-turn设计也没有背钻的case ，过孔stub为80mil。
2 ，原始的没有U-turn设计 ，可是举行背钻的case：
3 ，U-turn的设计case：
在包管整体走线长度相同的情形下 ，我们通过3D准确仿真来看看三种case下的无源消耗效果 ，从频域的消耗曲线来看 ，首先就能找到性能很是差的一根曲线 ，也就是原始设计不背钻的曲线 ，它在14GHz左右的时间有很是重大的谐振点 ，在这个频点上 ，基本上和开路就没什么区别了。
然后我们重点来看背钻和U-turn的效果 ，从我们把频段缩小到10GHz的规模去看 ，发明U-turn的消耗简直会比直接背钻的case要差一点 ，可是仅仅是差一点点 ，比照不背钻的照旧好了很是多！
恩 ，那这好一丢丢究竟是好几多呢？不背钻的差许多又究竟差了几多呢？许多朋侪都对频域的消耗曲线看得不是很懂 ，那我们就换成时域的眼图角度给各人再比照下咯！
我们划分对三个case的链路发送一个12.5Gbps速率的随机码 ，然后经由链路后我们去看吸收端的眼图 ，从眼图的指标上去看看它们在时域上的差别！
好 ，唰的一声 ，我们就把三个case的眼图效果仿真出来了 ，从眼图的效果比照来看 ，不背钻的情形简直眼图的效果差 ，不但是眼高差了一截 ，尚有眼宽也差。而比照背钻和U-turn的效果 ，发明两者仅仅是眼高上有细小的差别 ，眼宽指标险些相同。
通过上述我们对U-turn要领的先容和仿真效果比照 ，U-turn简直是在5到10G这个频段解决stub偏长的一个很好的要领。由于在这个频段的信号处于对过孔stub最先变得敏感的阶段 ，可是又没到一定需要背钻的更高频段的信号 ，这个时间若是遇到一些对本钱控制较量严酷的产品 ，U-turn无疑是个很好的选择 ，可是它也并不是信手拈来般那么好做 ，首先空间上需要特另外一段走线和一个过孔的空间 ，更主要的是这个多加的过孔也是需要一定的优化的哦 ，并不是说随便打个过孔就ok ，因此使用U-turn时也必需要有一定的设计功底 ，甚至仿真能力才可以 ，各人若是真遇到了上述的情形的话 ，也可以思量下这个要领哈！
