若是有一种设计不增添本钱又能改善信号质量
宣布时间：2021-11-08 16:01
作者：银娱geg优越会科技高速先生自媒体成员 黄刚
本文分享一种高速串行PCB设计中不必增添工艺本钱又能很好的改善原设计信号质量的步伐哈！
有没有遇到过这么一种情形。举行高速串行信号的布线时，若是收发器件都放在TOP层时，我们去走高速差分信号时一样平常会选择靠下的走线层，由于这样能拥有较量短的过孔残桩（以下称为过孔stub），可是随着高速信号越来越多，我们靠下的层都用完了，那就只能逐步的往靠上的层去走了。
然而稍微懂点高速设计理论的朋侪们都知道，每走上一层，这位PCB工程师心田的纠结度就会高一分，由于过孔stub又会多了10几mil。就似乎下面这个设计case一样，高速线从下面的第22层一直走到了上面第7层，那第7层走高速信号的话，距离bottom层可能已经有近100mil了…… 虽然，着实各人也不需要太慌了，事实有一项很是好的加工工艺叫做背钻，也就是通过从相反偏向举行二次钻孔的方法把多余的stub去掉，相信经常关注高速先生的朋侪们都对这项工艺耳熟能详了，这里就不睁开来诠释了。
可是各人又需要知道一点，那就是背钻是一项特另外工序，什么叫特殊，也就是在正常工艺流程外特殊增添本钱的工艺，因此关于设计者是利便的，可是总的本钱会上升。关于一些注重本钱的产品和公司来说，大批量之后这也是一笔很大的用度。可是若是高速信号的速率去到一个相对较量高的水平了，不背钻但又走在靠近TOP层的走线层，整个项目组都拿未必主意！ 面临这种高速线背钻都增添本钱，不背钻又由于stub太长不可知足信号质量的逆境，外洋某着名公司通过一个立异的要领乐成的解决了。高速先生也在一些场合上提到过，它就是“U-turn”！这篇文章的重点就是从测试数据上先容U-turn的原理和作用。首先我们说说原理，U-turn的焦点头脑就是通过把一个长stub的换层过孔用两个短stub的组合过孔来取代，一样平常来说这两个过孔会是一个通孔和一个短stub的孔，这样就形成了一个环回，乐成的把一个长stub的孔酿成了短stub，价钱只是增添了一个通孔罢了。例如1到3层的stub孔酿成了1到bottom层，再从bottom层打回到3层，这样使得原来是从3层到bottom的长stub酿成了3层到top层的短stub。
看起来是一个很美妙的解决计划，可是不知道适用性怎么样呢 ？高速先生专程用测试板的形式给各人谜底。我们做了几组比照的网络，包括了一根原始长stub不背钻的设计，一根长stub背钻的设计和一个用U-turn要领的设计，如下所示，通过形貌的名字各人也能分清晰了吧！
我们先看看S参数的效果，从回波消耗和插损消耗的角度来视察，从效果看也很切合我们的预期。
从效果上看，长stub孔不背钻，由于stub长度凌驾80mil，于是会在相对低频的位置（本case在14GHz）爆发一个重大的谐振点，凭证我们的SI理论，在这个频点有-50dB的消耗，那就基本上即是开路。我们最关注的U-turn和长stub背钻后的效果比照的话，能看到U-turn的效果简直很是显着，它仅仅比背钻的设计略差一点，可是比起不背钻的情形却有了超等重大的改善。
凭证高速先生的习惯。这个时间一定会为一些不太相识S参数的朋侪们送上我们的时域眼图比照效果。我们划分在上面3组链路中验证10Gbps和25Gbps速率的眼图效果比照。
首先我们来看看在3组链路中跑10Gbps速率的眼图效果。从10Gbps的效果上可以看到，U-turn和背钻的效果很是靠近，两者在性能上并没有太大的区别，另外也能看到长stub孔不背钻的情形下，在10Gbps这个不算太高的速率上已经有显着的落伍，最先差于其他两种设计。
那我们再来看看25Gbps这样高速率下的眼图比照哈。
在这个速率下任何的设计细节都会体现在眼图效果差别上，因此从效果比照能看到，U-turn由于照旧多了一个通孔和有一段短stub的过孔，因此这个差别在25Gbps的眼图下U-turn和长stub背钻也拉开了一定的差别，可是U-turn比照长stub孔不背钻的原始设计照旧有重大的优势，由于这个时间长stub又不背钻情形下，眼图基本为零，也就等同于没有能量能传输已往。
最后做一个简朴的总结，U-turn简直是一种很好的折中要领，它很好的解决本钱和性能之间的矛盾，在一个不太高的速率下（例如10Gbps的速率下）能够很好的维持性能而不需要特殊增添背钻带来的本钱。关于某些对本钱要求很高的项目和产品来说，可能是一个很好的福音哈。
