高速差分过孔特性研究

edadoc

一博科技自媒体高速先生原创文 | 黄刚

' z  f! [) ^( `9 Z/ u* K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。
5 R% ?, y3 e. d7 Z3 B
1 g6 ]1 p0 J9 I* d/ I1 b
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。

0 Q, q4 i! A# n: D8 t
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。
2 j. ]' P1 i/ O' M8 [. u6 ]

: s7 S- t  R$ i3 ~) {4 `0 u. D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。


+ N' ^$ d. n. _0 X* ~
% P! ?$ A/ f# z/ |/ x% h  b& u- B, z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。


1 _8 H4 m! Z" w' t% k
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。

; }% Y- g, o, Y
" o! p+ O9 ^' p' Z6 @4 A
; E- M' ^2 u1 o3 J& M# x, y) p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！


1 k7 p7 c% `" q/ g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。
* i( b2 c8 ~9 }7 e0 y, F# ~


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。

2 [" k9 o, M2 @* u3 n
9 {0 s/ k- Q8 P0 z; o1 Y7 d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。
' i1 n* \. a/ K7 U4 l8 J

! h% c, u+ y+ N0 ?) v" ?
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。

4 g0 V2 V7 L7 g9 i
( `4 ~, p7 g5 |
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。
" ]" J! l4 K: B$ ^" S/ ^: K$ B

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。

" r) i9 K* ?3 S5 _

- M; L5 `9 `- d6 A0 h. ?3 g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。
9 K) g- @) ~1 j


优化后的损耗测试结果就和我们预期的比较吻合了。
0 H( l$ D9 x1 a( s
) {# \- }( J+ K+ @0 f: N

, d* `# ?6 E) T1 |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。

) N, X4 S( {1 ^/ P
$ z  j0 ]8 O+ B$ q  D! x3 w
) b0 [+ Y' X, p+ I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。
- S' ?! s- w# ]# J% N$ S' v
' b1 c4 [2 B" K% w8 }# D
好，篇幅关系，本文的主要内容就和大家分享到这里了。

1 M7 b! ^+ d, n
5 b& N% A' R8 V8 s) o: j1 W! T
/ n7 }- z5 P0 L; m. l. a5 t2 D6 n
+ V/ H: K5 _1 Q/ _2 V8 N
! A3 Y$ \2 P; Q# Y


& d1 J& T- z; H$ C) ^
; p. m) T: g& t/ V4 X, n1 K8 C


2 @; O8 V* _0 P( M+ A6 ~* }



/ g8 G4 F  w+ A

$ b1 ^: ^% Y& ?
) I6 H4 H/ t( o# F8 H9 `

$ F0 O: |9 W$ Y. }# g3 A