PCB設(shè)計(jì)中高速背板設(shè)計(jì)過(guò)程

在“幾大高速中的隱形殺手”中提到了“高速背板與高速背板”，那么高速背板是如何設(shè)計(jì)出來(lái)的，從頭到尾會(huì)有哪些設(shè)計(jì)步驟，每個(gè)環(huán)節(jié)有哪些要點(diǎn)呢?本期案例分享做下概要的梳理。

高速背板設(shè)計(jì)流程

完整的高速背板設(shè)計(jì)流程，除了遵循IPD(產(chǎn)品集成開發(fā))流程外，有一定的特殊性，區(qū)別于普通的硬件PCB模塊開發(fā)流程，主要是因?yàn)楸嘲迮c產(chǎn)品硬件架構(gòu)強(qiáng)相關(guān)，除了與系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)硬件模塊都存在信號(hào)接口外，與整機(jī)機(jī)框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是關(guān)系緊密。

高速背板的設(shè)計(jì)流程主要包括以下設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)：

高速背板設(shè)計(jì)流程各環(huán)節(jié)關(guān)鍵內(nèi)容

關(guān)鍵技術(shù)論證

高速背板的設(shè)計(jì)除了關(guān)注背板PCBA設(shè)計(jì)要素以外，需要關(guān)注整個(gè)系統(tǒng)高速信號(hào)互連鏈路的設(shè)計(jì)，典型的高速信號(hào)鏈路參考下圖：

因此需要前期做好充分技術(shù)論證，主要包括：

①芯片SerDes選型及高速信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力驗(yàn)證(仿真分析也可以提供參考結(jié)論，但是如果芯片SerDes有Demo板可供測(cè)試、那么更推薦測(cè)試驗(yàn)證)

②高速連接器的選型與驗(yàn)證(重點(diǎn)關(guān)注連接器的時(shí)域、頻域指標(biāo)，能否滿足產(chǎn)品系統(tǒng)最高速信號(hào)傳輸?shù)男阅芤螅话阃ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)“連接器SI測(cè)試板”的方式)

③PCB板材的選型(系統(tǒng)鏈路中包括兩側(cè)子卡的PCB走線及背板PCB走線，PCB板材性能直接影響鏈路損耗，需要確定合適規(guī)格的Low Dk/Df板材)

硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)

①系統(tǒng)各個(gè)單板模塊的功能與數(shù)量

系統(tǒng)的整體數(shù)據(jù)交換容量決定了系統(tǒng)內(nèi)業(yè)務(wù)子卡的單槽位數(shù)據(jù)容量及業(yè)務(wù)子卡的數(shù)量;

系統(tǒng)內(nèi)其它子卡的數(shù)量，如核心交換子卡的數(shù)量、主控子卡的數(shù)量，整機(jī)電源模塊/風(fēng)扇控制模塊的數(shù)量等。

②各個(gè)模塊與背板連接的接口連接器具體型號(hào)與數(shù)量

根據(jù)信號(hào)數(shù)量的多少，決定各模塊接口連接器的具體選型

③與整機(jī)機(jī)框設(shè)計(jì)相關(guān)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

子卡槽位間距、子卡結(jié)構(gòu)導(dǎo)向設(shè)計(jì)方案、系統(tǒng)電源總功耗、系統(tǒng)散熱風(fēng)道設(shè)計(jì)等

總體設(shè)計(jì)方案

將前期關(guān)鍵技術(shù)論證及硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)確定的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案形成背板總體設(shè)計(jì)方案文檔，同時(shí)做高速信號(hào)鏈路的前仿真分析

PINMAP設(shè)計(jì)

此階段已經(jīng)進(jìn)入背板的詳細(xì)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)階段，由于背板在產(chǎn)品系統(tǒng)中與各個(gè)硬件功能子模塊都存在信號(hào)接口，因此需要把所有接口信號(hào)在接口連接器上的定義方式做出明確的定義，類似于芯片管腳的PINMAP，背板PINMAP設(shè)計(jì)一方面需要重點(diǎn)關(guān)注高速接口信號(hào)的串?dāng)_控制(例如：信號(hào)間需要間隔1個(gè)GND信號(hào)還是2個(gè)GND信號(hào));另一方面需要關(guān)注PCB Layout設(shè)計(jì)的可實(shí)現(xiàn)性(通常需要背板PCB布線是通順的、高速背板層數(shù)通常比較高，如果信號(hào)定義扭曲會(huì)造成PCB設(shè)計(jì)層數(shù)成倍增加)。

原理圖設(shè)計(jì)

背板的原理圖設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，可以通過(guò)自行開發(fā)的軟件工具腳本，將PINMAP直接轉(zhuǎn)化為原理圖。

PCB設(shè)計(jì)

前期設(shè)計(jì)工作做得到位，背板PCB設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)通常沒(méi)有太多難度，按照既定的布線規(guī)則進(jìn)行連通即可，重點(diǎn)是系統(tǒng)電源的供電通流能力保障。

UT測(cè)試

背板UT單元測(cè)試，重點(diǎn)關(guān)注背板高速信號(hào)通道的SI性能，這時(shí)可能會(huì)用到連接器測(cè)試板做測(cè)試輔助。

系統(tǒng)集成測(cè)試

系統(tǒng)集成測(cè)試的過(guò)程會(huì)較長(zhǎng)，因?yàn)楸嘲灞旧砼c各個(gè)硬件子模塊都有接口，不同排列組合下的測(cè)試場(chǎng)景會(huì)比較多，例如：交換子卡與業(yè)務(wù)子卡的通訊、主控子卡與業(yè)務(wù)子卡的通訊、主控子卡與整機(jī)子模塊的通訊等等。

產(chǎn)品整機(jī)的測(cè)試，如：高低溫、溫度循環(huán)、可靠性等測(cè)試，也需要背板開發(fā)設(shè)計(jì)人員共同參與定位產(chǎn)品測(cè)試問(wèn)題。