當PCB設計工程師說到“燈芯效應”,台下的你們竟如此寂靜 ……
發布時間:2025-05-26 17:13:55
高速先生成員-- 黃剛(gāng)
是的,在網上輸入這個名字後,可能前幾個彈出來的定義(yì)都不是和PCB相關(guān)的。的確,對於做設計和仿真的朋友來說,這個名詞是陌生的(de)!那它到底和PCB行業的哪一類(lèi)細(xì)分領域強相關呢,另(lìng)外到(dào)底這個效應又是怎麽影響到高速信號性能的呢?根據Chris多年來寫高速先生文章的經驗看,采(cǎi)用先講案例,以倒敘的方法來介紹,感(gǎn)覺喜歡聽的粉絲會多一點!

這個案例是這樣的,一家做連接器線纜的客戶(hù)找到(dào)Chris,說(shuō)他們自己(jǐ)做的測試夾具性能不是很好,大家也知道。如果夾具(jù)本身的性(xìng)能做得不好(hǎo)的話,那肯定驗(yàn)證不出來產品的質量了,或者說由於夾具本身很一般,導致產品測(cè)出來就變差了,無法體現產品(pǐn)本(běn)身的真實性能(néng)。

Chris看了他們發過來的詳細(xì)測試數據,發現夾具的傳輸線本身做得還挺好的,在50歐姆的位置偏差很(hěn)小。最大的問題是過(guò)孔的阻抗比較低,隻有46,47歐姆的樣子,這樣肯定會影響(xiǎng)夾具本身的駐波。

客戶自己也感到(dào)很鬱悶,因為(wéi)他們也有仿真的人員(yuán),根據仿真結果來設(shè)計的過孔,正常不應該誤差(chà)那麽多。還給Chris看了他們(men)自己的仿真(zhēn)結果,的確哦,仿真的過孔(kǒng)結(jié)果的確是比較接近50歐姆,駐(zhù)波應該很好才對啊!下圖是這個過孔的3D仿真模型和阻抗仿(fǎng)真(zhēn)結果,妥妥的50歐姆啊!

那問題到底出在哪呢?首先能確定的(de)是肯定是(shì)加工誤差(chà)的問題,或者(zhě)說是加工(gōng)的過(guò)孔參數和設計仿(fǎng)真有明顯不一樣(yàng)的地方。過孔(kǒng)阻抗那麽多的影(yǐng)響因素,Chris捋了捋,無非就是過孔孔徑變大了、過孔(kǒng)的孔盤變大了(le),過孔stub變長了或者甚至忘記背(bèi)鑽了。於是Chris問客戶(hù)要他們自己加工的過孔(kǒng)切片圖來看看,反而上述想到的幾個原因都被一(yī)一排除了。從過孔的切片結果上能看到,過孔的孔徑並(bìng)沒有明(míng)顯(xiǎn)擴大,過孔焊盤也沒有變大,過(guò)孔也有進行背鑽,而且stub也符合預期。

看起來一切都很正常啊(ā),那為什(shí)麽測試出來的過孔阻抗會(huì)低那麽多啊!

Chris覺得肯定還是加工問題,加工出來的過孔參數哪裏和設計仿真不一樣,於是再仔細看看過孔的切片圖,放大放大再放大!咦……這個地方感覺有點奇怪哦?

看(kàn)起來很像過孔的(de)非功能焊盤,但是問了客戶板廠那邊(biān),明確確定非功能焊盤是去掉的。的確,現在哪(nǎ)怕我們不說(shuō),比較有經驗的板廠都會在加工時自己去掉過孔的非功能焊盤。但是的確從切片圖上看,沿著過孔的Z軸路徑,長滿了密密麻麻的延伸的銅皮。這是啥啊?

那怎麽辦?要問誰啊!Chris突然想(xiǎng)到了我司很受大家歡迎的東哥,於是立馬和(hé)東哥進行了連線。還得(dé)是見多識廣的東哥,隻那麽瞧了幾眼,就確定了原因,那就是我們(men)標(biāo)題的燈芯效(xiào)應的影響。
經過與東哥七七二十一秒鍾的交流(時間那麽短?沒(méi)辦法,東哥在(zài)外麵一般都灰常的忙,嘻(xī)嘻),Chris大致明(míng)白了它產生的(de)原因及過程(chéng),的確,它最(zuì)終形成的樣子看起來就很像保留了非功能(néng)焊(hàn)盤。於是Chris大致按照這個過孔最(zuì)終的(de)樣子建了個新的(de)仿真模(mó)型,如下所示(shì):

然後對新建的過(guò)孔(kǒng)模(mó)型進行仿(fǎng)真,結果不就能和測試對得上了嘛!按照燈芯效應(yīng)大致(zhì)建模後(hòu),仿真得(dé)到的過孔阻抗也是47歐姆的樣子,和測試出來的非常接近!

這次(cì)的確不止是粉絲們漲(zhǎng)知識的一(yī)天,對於Chris來說同樣也是哈!當然這種效應理論(lùn)上和PCB板廠的加工能力,包括板材選型也有比較大的關係,最終形成的效果差異也比較大,有的也可以做到幾乎不存在這種效應,有的可能就比較明顯。當然我們現在明(míng)白了這種效應後,就可以通過前期的選型和對板廠加工能力的進一步約束盡量消除,不然別說對112Gbps那麽高速率的信號產(chǎn)生巨大影響了,估計對10Gbps信號(hào)影響也是不可忽略啊!
