【DesignCon2020文章解读五】高速差分过孔特性研究

来源:一博科技 时间:2020-4-20 类别:微信自媒体

公众号 | 高速先生
作者 | 黄刚(一博科技高速先生团队队员)

对于SI工程师而言,没有什么事情比把PCB结构的仿真结果和测试结果拟合上更令他们感到开心的了。因为能做到这一步,说明了仿真的可靠性,进而可以通过仿真解决大部分的问题,这可谓是PCB行业的一大福音。

这也是我们高速先生一直以来的梦想,仿测拟合,虽然只是很简单的四个字,但是需要包含的理论知识,软件使用以及测试方法却需要很长时间的积累。高速先生也在这方面一直在做深入的研究,发现这的确是一个苦差事。刚好今年的文章中就有一篇讲得比较透彻的仿真测试拟合的案例,下面我们一起来看看。

题目有点长,但是也很容易理解,讲的就是对差分过孔的分析,分析的方法就是通过仿真和测试进行拟合。

大家可能觉得无非就是一对过孔嘛,会3D仿真的人不用半天就能把它建模出来,测试嘛,投一块测试板,然后把这对孔做上去,通过网络分析仪一测不就OK了吗。恩,总体思路的确是这样,但是随着文章的深入你会发现就有一些因素实际上很难去把控。

文章的开场白,首先是对过孔的特性进行一番介绍,例如过孔的危害是怎么样的,会影响阻抗啦,会减缓上升时间之类。
然后给出的总体思路与大家的不谋而合,你会发现除了我们上面说到的那几个核心步骤之外,还多了一些有的朋友可能没听过的步骤,例如de-skew、de-embedding等等,这都是测试中会遇到的专业术语,我们这里先不讲,卖个关子哈。
 

本文需要进行仿真测试对比的是一对从L7层换到L16层的过孔,通过做一根L7层和L16层的走线把两边去嵌掉,得到我们所关心的过孔结构参数。
 

在去嵌之前,作者先用网分测试出上面三个结构的参数,结果似乎有点奇怪。为什么L16层的走线损耗差得那么厉害,甚至比多一对孔的L7转L16的结构还差呢?这说不过去啊!


当作者看到上面结果的模态转换也是L16层比较差的时候,大概知道了原因,肯定是由于这对差分线的P和N之间有延时差,也就是skew造成的。然后立马把L7和L16的走线的P和N单端线的延时拿出来一比,果然证实了这一点。L16层的P和N的延时非常的大,因此造成了损耗在高频的急剧下降。


如果大家没注意这一点,直接拿来去嵌的话会怎么样呢?很可能会得到一个错误的S参数,高于0dB。

为什么P和N会有那么大的skew?主要原因还是由于玻纤效应的影响。L7层和L16层其实都遇到了玻纤效应,只不过程度不同而已,这也从侧面说明了玻纤效应的概率性。
 
如同前文所说,如果我们就这样去嵌的话,得到了所谓过孔的结果就是下图这样的。
 

那我们应该怎么办呢?难道需要重新再投一板测试板?先不用哈,我们看看能不能在当前测试数据的情况下做一些优化,把skew给去掉,也就是de-skew了。

这是本文最核心的内容,也是最难理解的一步。它通过损耗与相位之间的公式,从中反推出相位差,然后通过补偿的方式把两边的skew抹平。
完成这一步运算之后,再来看优化后的测试数据,就会发现,skew的影响基本没有了。

优化后的损耗测试结果就和我们预期的比较吻合了。
这个时候再去通过相关去嵌软件,就能真正的进行去嵌,得到过孔的真实参数。
 
有了测试结果,后面就要进行仿真了。仿真相对难度小一点,通过对过孔的几个参数进行扫描,考虑一定的加工误差之后,就能确定一组加工后的参数值,从而使过孔的仿真结果和测试结果达到基本的吻合了。
 
 
好,篇幅关系,本文的主要内容就和大家分享到这里了。


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