“PCB背板(bǎn)問題”分解來了,且看我們如何捉妖(yāo)
發布時間:2020-12-21 17:21:09
高速先生成(chéng)員--周偉
通(tōng)過上(shàng)文的查板,我們雖(suī)然可(kě)以定(dìng)性到一些問題,但可能還是沒法(fǎ)徹底打消一些人的疑慮,同樣是(shì)插業(yè)務板和交換板,為什麽其他的槽沒有問題?難道不是背(bèi)板的問題嗎?這真是一個拷問靈魂的問題。
我們當然是有辦法來(lái)解決這個(gè)問題的,那就是仿真和測試。我們的老鐵也一直(zhí)有上(shàng)麵的疑問,他(tā)們手上有(yǒu)大量的交換和業務板,且在之前的老係統裏(lǐ)麵運行沒什麽故障,所以就隻打(dǎ)算修改背板來解決這個信號質量不好的問題,於是他們隻給我們寄了安裝了業務卡插槽連接器的背板過來讓我們進行測試。有總比沒有好,隻要能測到其中一塊(kuài)板子,我們照樣有辦(bàn)法可(kě)以定位(wèi)到問題,下圖就是背板過(guò)孔的阻抗測試和仿真結果。

左邊是測試結果,我(wǒ)們直接從(cóng)7槽過孔處進行的測試,分別測試了7槽到後麵業務板槽位的線路(lù)阻抗,從仿真和測試結果可以看出(chū)過孔的(de)阻抗確實(shí)偏低,在(zài)70~75ohm左右,另外測試結果的末端最低點阻抗範圍在80~90ohm,這是由於這個位置的業務板(bǎn)插槽上有連接器及末端開路,拉高了過孔的阻抗,但阻抗仍然(rán)偏低較(jiào)多。
雖然(rán)沒有交換板和業務板可以進行實測,但從背板的仿真和測試對比來(lái)看,仿真和測試結果是(shì)完全吻合的,那麽我們就可以基於同樣的(de)方法來對交(jiāo)換板和業務板上的過孔進行建模,這也是SI領域常用的(de)方法(fǎ),和我們高速先生做測試板驗證是一樣的道理。通過(guò)對交換板上L3層信號過孔進(jìn)行建模仿真,得到BGA及連(lián)接器(qì)處(chù)過孔的阻(zǔ)抗(kàng)如下圖所示(shì)。

從仿真結果可以看出過孔阻抗和之前的估計很吻合,不超過60ohm,尤其(qí)是連接(jiē)器處過孔才55ohm左右,這(zhè)個極大的影響了信號質量,從(cóng)無源協議來看最直接影響的是通道的回損指標,因為(wéi)業務板和交換板的處理方式(shì)、板材和疊層都差不多,所以可以不(bú)用重複(fù)建模,它們的(de)過孔阻(zǔ)抗也是差不多(duō)的。
最後我們根據各部分的模型和走線情況,對這(zhè)個係統進行通道無源仿真,得到的通道參數如下(xià)圖所示(shì):

從仿真結果可以看(kàn)出,通道的回損確實超(chāo)標了,同時也影響到插損的結果(9槽的係統整個長度不到8inch),這也是為什麽眼圖不好的原因(yīn)。
此時,如果我們盡可能的優化背板過孔,同時將背板通道加長到5inch來降低回損的影響,通道無源仿真結果如下圖所示:

可以看出回損依然(rán)超標,並且插損更大了,說明僅僅通過優化背板來解決目前眼圖不好的方案是行不通的。
接著我們再來(lái)看下不優化背板,僅優化交換(huàn)板,同時加(jiā)長交換板上的線路(lù)到3inch的情(qíng)況,仿真結果如(rú)下圖所示。

可以看出回損得(dé)到了改善,同時插損(sǔn)也變小(xiǎo)了,此結(jié)果可以滿足協議的無源要求,這個結果也可以說明為什麽其(qí)他槽位的眼圖沒有太大的問題,主要是業務板上其他槽位的信號線路比較長(zhǎng),且沒有長stub的(de)影響。所以如(rú)果隻想改一種板子,優化交(jiāo)換板或業務板其中一塊是最優性價比的方案(àn)。當然如果想把握更(gèng)大,或者還想兼容後麵更(gèng)高速率的係統,一次性把問題完全解決,最好就是把交(jiāo)換板、業務板和背板(非(fēi)必要)全部進行優化(不差錢方(fāng)案)。整個係統優(yōu)化後的仿真結構(gòu)如下圖所示。

看到這裏,我們(men)的問題也差不多基本解決了,但還有個疑(yí)問,為什麽交換板和業務板在之前的係統裏麵(miàn)沒發現什(shí)麽(me)大問(wèn)題呢?帶著這個疑問,我們又和老鐵交流了一下,事情終(zhōng)於水落石出了,之前之所以沒有出問題,主要是信號速率還沒有(yǒu)到10Gbps,stub的影(yǐng)響(xiǎng)還沒有(yǒu)那麽明顯,速率高了stub的影響當然就(jiù)顯露出來(lái)了,所以說高(gāo)速(sù)信號需要關注(zhù)更多的細節,就如東哥的至理名(míng)言:“細節決(jué)定成敗(bài)、錢多決定友愛”

