高速先生（shēng）成員-- 黃剛

 

又是嶄新的一年哈，高速先生在總結去年一年的粉絲互動問題時，驚（jīng）人的發現排在前列（liè）的問題（tí）就包括了（le）差分過孔的優化方法能不能大概給出來。當然，大家都知道，像傳輸線的阻抗板廠可以來保證，但是它們沒法保證過孔的阻抗。隨著速率越來越高，過（guò）孔就變成了比傳輸線損耗更危險的東（dōng）西（xī）了。在大家以前的觀念中，一個過孔哪怕是隨便設計一下，損耗頂多去到1-2db就已經頂天了吧。在一條具體項目的芯片到（dào）芯片（piàn）高速25Gbps鏈路中，隻有收發兩個差分（fèn）過孔和中間的傳輸線，你（nǐ）能想象過孔優化好和沒優化好的損耗差距有多大嗎？仿（fǎng）真（zhēn）結果絕對顛覆你們想象。

 

 

對（duì），差分過孔不做優化的話，整體鏈路的損耗去到（dào）接近20dB，如果認真去優化之後，損（sǔn）耗隻有4個db，也就是兩個過（guò）孔優化（huà）前後差了16個db！對比藍色的損耗協議來說，就是pass和fail的巨大區（qū）別。走線那麽長才幾個db的損耗，沒想到一個小小的過孔能比（bǐ）走線損耗都大哦！

 

 

所（suǒ）以嘛，高速先生粉絲（sī）才每年都問我們能不能給一些通用的過孔優化方式。當然這個要求本身情有（yǒu）可原，一點也不過分。畢竟過（guò）孔的影響就擺在那（nà）嘛。通過下麵（miàn）這個單端過孔的影響示意圖也能看到過孔的很多參數都會影響過孔性能。更何況（kuàng）的（de）參數（shù）更多的差分過孔了（le）。

 

 

但是高速先生也是有苦衷的啊，平時嚴謹的方式都推薦大家去做個仿真，真的不是故意體（tǐ）現我們的存在（zài）感哈！而是每個項目的過孔參數都（dōu）不同（tóng），實（shí）在是沒法一概而論。下（xià）麵高速先生用（yòng）回答一個和我們合作多年的重要客（kè）戶同樣問題的例子（zǐ）來和大家解釋解釋下哈。

 

 

客戶拿出了（le）他們找到的不知（zhī）道哪一家的設計（jì）指（zhǐ）導書，然後對高速（sù）先生說，你們能不能也出（chū）一個像他們一樣的過孔設計給行業用呢？高速先生拿到他們的關（guān）於過（guò）孔的指導圖看看，的確是有不錯的約束（shù）。它們對差分過孔做了很多的約束，例如信號孔到地過孔的間距為（wéi）35mil，過孔（kǒng）的孔徑為10mil，焊盤大小為22mil，甚至還規定了反焊盤為32mil的橢圓形反焊盤。

 

 

這個客戶就拿著這（zhè）個他們認為可以直接照抄的過孔設計指導來找我們，問高（gāo）速先生也能不能在行業內去做這樣的（de）普及。上麵這個（gè）過孔（kǒng）設計指導乍眼一看好像所有參數的約束到了，但是真的是這樣嗎？高速先生（shēng）就用（yòng）這個模型來進行建（jiàn）模仿真看看。按（àn）照它上麵的約束參數，建（jiàn）模（mó）就是這個樣子了。

 

 

真的是什麽（me）參數都覆蓋（gài）了嗎？那你就太小看這對差分過孔了。高速先（xiān）生在上麵已經約束很多基礎上再（zài）給大家（jiā）挑幾個（gè）沒約束（shù）的參數來對比仿真（zhēn）下哈。

1.         板材的介電常數不同

如果（guǒ）這個設計用到不同級別的板材上時，阻抗的差異有多大呢？假設用到了介電常數（shù）為4和3.5的兩種case上時，通過仿（fǎng）真（zhēn）會發現阻抗的差異有5個歐姆之多，如下所示：

 

 

2.         出線層（céng）不同

如果同樣的過孔在內層的出線層不一樣時，例如一個是靠很下層出線，stub比較短，另外（wài）一個是沒那麽下層出線（xiàn），stub稍長一點（diǎn），如下所示：

 

 

那（nà）麽從（cóng）對比的仿（fǎng）真結（jié）果看，阻抗差異會達到10個歐姆之多。哪怕長點的（de）stub有背鑽，我們之前的文章也（yě）有分享過，不同長度的層出（chū）線（xiàn），過孔阻抗也（yě）會有不小的差異哈。

 

 

3.         差（chà）分過孔間距不同

仔細看給過（guò）來的過孔指導，其（qí）實隻約束了信號孔到地過孔的距（jù）離，但是沒對信號孔之間的距離做約束，那我們分別（bié）建（jiàn）一個（gè）信號孔距離35mil和40mil，其他參數均滿足指導圖的case做對比，如下所示：

 

 

 

真沒想到吧，居然這樣也會（huì）有差異哦，從仿真結（jié）果看（kàn），也有超過3個歐姆的差異。

 

 

 

4.         地（dì）平麵多和少的（de）區別

沒想到還有差異點吧，如（rú）果過孔長度一樣的情（qíng）況下，中間層的地平麵多一點和少一點也會有差異，如下（xià）所（suǒ）示：

 

 

 

從仿真結果（guǒ）看，差異也（yě）有接近3個歐姆。

 

 

還有其他點（diǎn）嗎？高（gāo）速先生其實覺得還有，時間關係（xì）就（jiù）不再一一去摳了。這下客戶也服氣了，哪怕已經約束了很（hěn）多（duō）參數了，其實還有（yǒu）另（lìng）外更加隱（yǐn）蔽的參數沒在裏麵，然後這個沒（méi）考慮到的參數（shù）在不同的（de）設計項目中就有可能不（bú）同，那麽導致過孔阻抗的差異從3到10歐姆不等，甚至更多。這個（gè）時候再回頭（tóu）去看看所謂的過（guò）孔約束指導，是不是（shì）感（gǎn）覺意義就不那麽大了吧。

 

當（dāng）然粉絲們也不用灰（huī）心，需（xū）要知道速率越高過孔參數不同的影響就越大。如果你們的產品速率沒（méi）有很高的時候，例如10GHz以前，按照我司的大部分有高速經驗的設計工（gōng）程（chéng）師的設計方法都問題不大（dà），這個時候其實有（yǒu）不少（shǎo）裕量足以支撐你不用去仿真的。當然（rán）速率上去了，如果大家深切（qiē）的體會到（dào）了過孔的影響程（chéng）度之後，我相信都不用高速（sù）先（xiān）生推薦了，你們都會主動（dòng）向我們提仿真需求了哈。