千兆位設(shè)備PCB的信號(hào)完整性設(shè)計(jì)

　　過孔模型的獲取有兩種方法，一種是通過測(cè)試?yán)缤ㄟ^TDR來獲得,另一種可以通過3D的場(chǎng)提取器(Field Solver)根據(jù)過孔的物理結(jié)構(gòu)來提取。

　　過孔模型參數(shù)與PCB的材料、疊層、厚度、焊盤/反焊盤尺寸、以及與其連接的連線的連接方式有關(guān)。在仿真軟件中，根據(jù)精度要求可以設(shè)置不同的參數(shù)，軟件會(huì)依據(jù)相應(yīng)的算法提取過孔的模型并在仿真時(shí)考慮其影響。

　　在千兆位系統(tǒng)PCB的設(shè)計(jì)中尤其要考慮連接器的影響，現(xiàn)在高速連接器技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)可以很好地保證信號(hào)傳輸時(shí)阻抗與地平面的連續(xù)性，設(shè)計(jì)中對(duì)連接器的仿真分析主要采用多線模型。

　　連接器多線模型是在三維空間下，考慮管腳間的電感和電容耦合提取出來的模型。連接器多線模型一般使用三維場(chǎng)提取器提取出RLGC矩陣，一般是Spice模型子電路形式。由于模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，提取和仿真分析時(shí)都需要較長(zhǎng)的時(shí)間。在SpecctraQuest軟件中，可以把連接器的Spice模型編輯成Espice模型，賦給器件或直接調(diào)用，也可以編輯成DML格式的封裝模型賦給器件使用。

　　差分信號(hào)及布線考慮

　　差分信號(hào)具有抗干擾強(qiáng)、傳輸速率高的優(yōu)點(diǎn)，在千兆位信號(hào)傳輸中，可以更好降低串?dāng)_、EMI等的影響，其耦合形式有邊沿耦合與上下耦合、松耦合和緊耦合等形式。

　　邊沿耦合與上下耦合相比具有更好降低串?dāng)_、布線方便、加工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，上下耦合更經(jīng)常應(yīng)用于布線密度大的PCB 板。緊耦合相對(duì)于松耦合具有更好的抗干擾能力，并能減小串?dāng)_，松耦合則可更好控制差分走線阻抗的連續(xù)性。

　　具體的差分走線規(guī)則要根據(jù)不同的情況考慮阻抗連續(xù)性、損耗、串?dāng)_、走線長(zhǎng)度差異等的影響。差分線最好用眼圖來分析仿真結(jié)果。仿真軟件可以設(shè)定隨機(jī)序列碼產(chǎn)生眼圖，并且可以輸入抖動(dòng)與偏移參數(shù)分析其對(duì)眼圖的影響。

　　電源分配與EMC

　　數(shù)據(jù)傳輸速率的提高伴隨著更快的邊沿速率，需要在更寬的頻帶內(nèi)保證電源穩(wěn)定性。一個(gè)高速系統(tǒng)可能會(huì)通過瞬態(tài)10A的電流，并且要求電源最大紋波50mV，也就是說要保證一定頻率范圍內(nèi)電源分配網(wǎng)路的阻抗在5mΩ以內(nèi)，例如信號(hào)的上升時(shí)間小于0.5ns，要考慮的頻寬范圍達(dá)1.0GHz。

　　在千兆位系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要避免同步噪聲(SSN)的干擾，保證電源分配系統(tǒng)在帶寬范圍內(nèi)具有較低阻抗。一般在低頻段，采用去耦電容降低阻抗，高頻段主要考慮電源、地平面分布。圖4顯示了電源、地平面層考慮去耦電容和沒有考慮去耦電容影響時(shí)，阻抗變化的頻率響應(yīng)圖。

　　SpecctraQuest軟件可以分析由于封裝結(jié)構(gòu)造成的同步噪聲的影響，其中的Power Integrity(PI)軟件采用頻域分析電源分配系統(tǒng)，可以有效地分析去耦電容數(shù)量與位置以及電源、地平面的影響效果，幫助工程師進(jìn)行去耦電容選擇以及放置位置、布線和平面分布分析。

　　EMC即電磁兼容性，產(chǎn)生的問題包含過量電磁輻射及對(duì)電磁輻射敏感性兩方面。它產(chǎn)生的主要原因是電路工作頻率太高以及布局布線不合理。目前已有進(jìn)行EMC仿真的軟件工具，但EMC的問題可以由許多電磁方面的原因引起，仿真參數(shù)和邊界條件設(shè)置很困難，這將直接影響仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。最通常的做法是將控制EMC的各項(xiàng)設(shè)計(jì)規(guī)則應(yīng)用在設(shè)計(jì)的每一環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)上的規(guī)則驅(qū)動(dòng)和控制，設(shè)計(jì)完成測(cè)試驗(yàn)證后又可以形成新的規(guī)則應(yīng)用到新的設(shè)計(jì)中。