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聊聊高速PCB设计100Gbps信号的仿真

宣布时间：2025-03-17 11:50

最近许多项目都要仿真112G-PAM4的信号，并且仿真的时间也较量长，许多人以为都是一样的仿真套路为什么事情量会增多呢？

今天我们就来聊聊100G信号仿真为什么会这么贫困吧。

高速先天生员--周伟

今年最先着实我们已经围绕100G的高速信号PCB仿真写了多篇文章啦，2025年银娱geg优越会科技高速先生第一篇文章就是和这个相关：当DEEPSEEK被问到：怎样优化112GBPS信号过孔阻抗？文章内里也先容了差别速率下长、短过孔阻抗的差别，以及差别板厚情形下，长、短过孔阻抗的误差还纷歧样。今天我们照旧从仿真的角度出发，给各人先容一下哪些因素会影响100G以上信号，这样各人也就知道为什么说100G以上信号的仿真会较量耗时了。

首先最大的影响因素照旧在过孔上，我们之前重复说过，高速信号的仿真着实大部分的时间都是在和过孔打交道，目的就是让过孔阻抗和线路的阻抗只管匹配。但提及来简朴，要实现起来就没那么容易了。

我们先来简朴看下几种差别高速差分过孔的基本结构吧，常见的差分过孔结构如下图所示。

中心两个红色的孔为信号孔，双方玄色的为地孔，玄色椭圆形的圈为反焊盘，也就是圈内除了孔，所有层的铜皮都是被掏掉的，我们也叫禁布区；图中两个信号孔之间的距离为A，信号孔到旁边地孔的距离为B，反焊盘的直径为C，差分过孔的阻抗和A、B、C的数值相关，同时又和孔自己的孔径（我们又叫drill直径）及焊盘巨细相关。除了和孔结构及尺寸等有关外，过孔阻抗还和板子（孔）的厚度，铜皮层数及介质质料有关，另外也和反焊盘的形状及巨细有关，好比下面尚有常见的狗骨头状及长方形状反焊盘结构。

正是由于差分过孔的阻抗影响因素太多，现在还没有一个公认的差分过孔阻抗公式，以是过孔的阻抗就没法像走线那样可以通过软件来盘算，设计职员许多时间就只能靠履历、设计参考书等来做，但差别的信号阻抗标准也纷歧样，常见的有85ohm，90ohm，100ohm等，以是最终过孔和线路阻抗是否匹配也就不得而知，这个时间SI攻城狮就顺遂登场了。是的，差分过孔阻抗没法盘算，可是可以通过3D仿真能模拟出来，我们把过孔对应的结构及尺寸搭配一定的质料特征，在3D仿真软件中建设起响应的模子，这样就可以算出来这个孔的无源特征，也能看到大致的阻抗情形。若是阻抗差别大，我们就会对模子进一步优化，好比凭证差别的过孔距离，过孔长度等，修改差别的反焊盘形状或者尺寸，有时差别层还会有差别的要求。

以上只是通例的一些要求，懂的都懂，但到了100Gbps以上速率的信号又会有什么纷歧样的要求呢？主要有下面几点：

1、同样的过孔及反焊盘形状和尺寸，长孔和短孔的过孔阻抗差别较大；

如下图为50GHz下长孔和短孔的阻抗特征。

2、统一个过孔，差别频率情形下感受到的过孔阻抗也有较大的差别；如下图为同样的过孔尺寸，划分在5GHz,25GHz和50GHz带宽的情形下看到的阻抗一ㄇ纷歧样的，频率越高，阻抗越低。

3、频率越高，过孔stub的影响越大，也就是对stub越敏感，这个时间我们就要思量过孔最大留多长的stub能知足要求，同时也还要思量工厂的背钻加工能力。从下图仿真效果来看，stub相差2mil过孔阻抗约相差1ohm。

4、钻孔孔径对过孔的影响也在逐步加大，孔径越大，过孔阻抗越小。

另外尚有孔间距的影响，PCB100Gbps信号我们基本要看到50GHz的频率，在高频下这些影响因素会变得越发敏感，以是我们需要花更多的时间来调解这些参数，在PCB25Gbps速率下，长孔和短孔用同样的尺寸参数影响不大，但到了100Gbps以上，差别层需要差别的过孔参数，这样就会多出更多的建模事情量。

除了阻抗的评估，还需要举行串扰的评估，这是由于每个芯片关于信号的排列纷歧样，芯片的pin间距也纷歧样，以是每种情形都需要单独的举行评估，我们着实在过孔排列上也有单独的文章先容，各人可以看看下面这篇文章。距离一样时，你们知道两对过孔怎么摆串扰最小吗（链接）

关于过孔仿真的先容，各人也可以看看前面我们写过的一些文章：

当DeepSeek被问到：怎样优化112Gbps信号过孔阻抗？

总而言之就是100Gbps以上信号，由于差别的芯片/毗连器等pin排列及间距差别，关于过孔的优化方法也会千差万别，另外在高频下种种影响会更敏感，频率越高，所需要盘算的数据也越多，从而导致需要更多的时间来优化模子。

除了过孔影响因素，尚有PCB信号协议自己的要求也更严酷了（后面有时间我们再单独说说100Gbps信号的协议），由于要看到更高频率的数据，频率越高，质料的消耗特征变得没有那么线性了，高频会加剧消耗的转变，以是对证料选型和叠层设计也是一种磨练。

本期问题：除了上面说到的过孔和信号协议、质料和叠层影响，100Gbps信号尚有哪些需要思量的？

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