“PCB背板問題”分解來了,且看我們如何捉妖(yāo)
發布時間:2020-12-21 17:21:09
高(gāo)速先生成員--周偉
通過上文的查板(bǎn),我們雖(suī)然可以定(dìng)性到一些問題(tí),但可能還是沒法徹底打消一些人的疑慮,同樣是插業務板和交換板,為什(shí)麽其他的槽沒(méi)有問題?難道不是背板的問題嗎?這真是(shì)一(yī)個拷問靈魂的問題。
我(wǒ)們當(dāng)然是有辦法來解決這個問題的,那就是(shì)仿真和測試。我們的老鐵(tiě)也一直有(yǒu)上麵的疑問,他(tā)們(men)手上(shàng)有大量的交換和(hé)業務板,且在(zài)之前的老係統裏麵運行沒什麽故障,所以就隻打算修改背板來解決這個信號質量(liàng)不好的問題,於是他們隻給我們寄了安裝了業務卡插槽連接器(qì)的背板過來讓(ràng)我們進行測試。有總比沒有好(hǎo),隻要能(néng)測到其中(zhōng)一塊板(bǎn)子,我們照樣有辦法(fǎ)可以定(dìng)位到問題,下圖就是背板過孔的阻抗測試和仿真結果。

左邊是測試(shì)結果,我(wǒ)們直接從7槽過孔處進行的測試,分別測試了7槽(cáo)到(dào)後麵業務板槽位的線路阻抗,從仿真和測(cè)試結果可以(yǐ)看出過孔的(de)阻抗確實偏低,在70~75ohm左右,另外(wài)測試結果的末端最低點阻抗範圍(wéi)在(zài)80~90ohm,這是(shì)由於這個位置的業務(wù)板插(chā)槽上有連接(jiē)器及末(mò)端開路,拉高了過孔(kǒng)的阻抗,但阻抗仍然偏低較多。
雖(suī)然(rán)沒有交換板和業務板(bǎn)可以進行實測,但從背板的仿真和測試對比來看,仿真和測試結果是完全(quán)吻合的,那麽我們就可以基於同樣的方法(fǎ)來對交換板(bǎn)和業務板上的(de)過孔進行建模,這也是SI領域常用的方法,和我們高速先生做測試板驗證是(shì)一樣的道(dào)理。通過對交換(huàn)板上(shàng)L3層信號過孔進行建模仿真,得到BGA及連接器處過孔(kǒng)的阻抗如下圖所示。

從仿真結果可以(yǐ)看出過孔阻抗和之前的估計很吻合,不超過60ohm,尤其是連接器處過孔才55ohm左右(yòu),這個(gè)極大的影響了信號質量,從無源協議來(lái)看最直接影響的是(shì)通(tōng)道的回損指標,因為(wéi)業務板和交換板的處(chù)理方式、板材(cái)和疊層都差不多,所以可以不用重(chóng)複建模,它(tā)們的過孔阻抗也(yě)是(shì)差不多的。
最後我們根據各部分的模型和走線情況,對這個係統進行通道無源仿(fǎng)真,得到的通道參數如下圖(tú)所示:

從仿真結果可(kě)以看(kàn)出,通道的回損確實超(chāo)標了,同時也影響到插損的結果(9槽的係統整(zhěng)個長度不到8inch),這也是為什麽(me)眼圖不好的原因。
此時(shí),如果我們盡可能的優化背板過孔,同時將背板通道加(jiā)長到5inch來降低回損的影響,通道無源仿真結果如(rú)下圖所示:

可以看出回損依然超標,並且插損更大了,說明僅僅通過優化背板來(lái)解決目前眼圖不好的方案(àn)是行不通的。
接著我們再來看下不優化背板,僅優化(huà)交換板,同時(shí)加長(zhǎng)交換板上的線路到3inch的(de)情況,仿真結果如下圖所示。

可以看出回損得到了改善,同時插損也變小了,此結果可以滿足協議的無源要(yào)求,這個結果(guǒ)也可以說明為(wéi)什(shí)麽其他槽位的眼圖沒有太大(dà)的問題,主要是業務(wù)板上(shàng)其他(tā)槽位的信號線(xiàn)路比較長(zhǎng),且沒有長stub的影(yǐng)響。所以如果隻想改一種板子,優化交換板或業務板其中一塊(kuài)是最優性價比的方案。當然如果想把握更大,或者還想兼容後麵更高速率的係統,一次性把問題完(wán)全解決,最好就是把交換板、業務板和背板(非必要)全部進行優化(不(bú)差錢方案)。整個係統優化後的仿真結構如下(xià)圖(tú)所(suǒ)示。

看到這裏,我們的(de)問題也差不多基本解決了,但還有個疑問,為什麽交(jiāo)換板和業務板在之前的係統裏麵沒發現什麽大問(wèn)題呢?帶著(zhe)這個疑問(wèn),我們又和老鐵(tiě)交流了一下,事情(qíng)終於(yú)水落石出了,之前之所以沒有(yǒu)出問題,主要是信號速率還沒(méi)有到10Gbps,stub的(de)影響還沒(méi)有那麽明顯,速率高了stub的影響當然就顯露出來了,所以說高速信號需要關注更多(duō)的細節,就如東哥的至理名言:“細節決定(dìng)成敗、錢多決定友愛”

