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已有 250 次閱讀2020-12-29 15:04 | PCB, 背板, PCB走線, 信號質(zhì)量

作者：一博科技高速先生自媒體成員周偉

通過上文的查板，我們雖然可以定性到一些問題，但可能還是沒法徹底打消一些人的疑慮，同樣是插業(yè)務(wù)板和交換板，為什么其他的槽沒有問題？難道不是背板的問題嗎？這真是一個拷問靈魂的問題。

我們當(dāng)然是有辦法來解決這個問題的，那就是仿真和測試。我們的老鐵也一直有上面的疑問，他們手上有大量的交換和業(yè)務(wù)板，且在之前的老系統(tǒng)里面運(yùn)行沒什么故障，所以就只打算修改背板來解決這個信號質(zhì)量不好的問題，于是他們只給我們寄了安裝上業(yè)務(wù)卡插槽的連接器的背板過來讓我們進(jìn)行測試。有總比沒有好，只要能測到其中一塊板子，我們照樣有辦法可以定位到問題，下圖就是背板過孔的阻抗測試和仿真結(jié)果。

左邊是測試結(jié)果，我們直接從7槽的過孔處進(jìn)行的測試，分別測試了7槽到后面業(yè)務(wù)板槽位的線路阻抗，從仿真和測試結(jié)果可以看出過孔的阻抗確實(shí)偏低，在70~75ohm左右，另外測試結(jié)果的末端最低點(diǎn)阻抗范圍在80~90ohm，這是由于這個位置的業(yè)務(wù)板插槽上有連接器及末端開路，拉高了過孔的阻抗，但阻抗仍然偏低較多。

雖然沒有交換板和業(yè)務(wù)板可以進(jìn)行實(shí)測，但從背板的仿真和測試對比來看，仿真和測試結(jié)果是完全吻合的，那么我們就可以基于同樣的方法來對交換板和業(yè)務(wù)板上的過孔進(jìn)行建模，這也是SI領(lǐng)域常用的方法，和我們高速先生做測試板驗(yàn)證是一樣的道理。通過對交換板上L3層信號過孔進(jìn)行建模仿真，得到BGA及連接器處過孔的阻抗如下圖所示。

從仿真結(jié)果可以看出過孔阻抗和之前的估計(jì)很吻合，不超過60ohm，尤其是連接器處過孔才55ohm左右，這個極大的影響了信號質(zhì)量，從無源協(xié)議來看最直接影響的是通道的回?fù)p指標(biāo)，因?yàn)闃I(yè)務(wù)板和交換板的處理方式、板材和疊層都差不多，所以可以不用重復(fù)建模，它們的過孔阻抗也是差不多的。

最后我們根據(jù)各部分的模型和走線情況，對這個系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的通道無源仿真，得到的通道參數(shù)如下圖所示：

從仿真結(jié)果可以看出，通道的回?fù)p確實(shí)超標(biāo)了，同時也影響到插損的結(jié)果（9槽的系統(tǒng)整個長度不到8inch），這也是為什么眼圖不好的原因。

此時，如果我們盡可能的優(yōu)化背板過孔，同時將背板通道加長到5inch來降低回?fù)p的影響，通道無源仿真結(jié)果如下圖所示：

可以看出回?fù)p依然超標(biāo)，并且插損更大了，說明僅僅通過優(yōu)化背板來解決目前眼圖不好的方案是行不通的。

接著我們再來看下不優(yōu)化背板，僅優(yōu)化交換板，同時加長交換板上的線路到3inch的情況，仿真結(jié)果如下圖所示：

可以看出回?fù)p得到了改善，同時插損也變小了，此結(jié)果可以滿足協(xié)議的無源要求，這個結(jié)果也可以說明為什么其他槽位的眼圖沒有太大的問題，主要是業(yè)務(wù)板上其他槽位的信號線路比較長，且沒有長stub的影響。所以如果只想改一種板子，優(yōu)化交換板或業(yè)務(wù)板其中一塊是最優(yōu)性價比的方案。當(dāng)然如果想把握更大，或者還想兼容后面更高速率的系統(tǒng)，一次性把問題完全解決，最好就是把交換板、業(yè)務(wù)板和背板（非必要）全部進(jìn)行優(yōu)化（不差錢方案）。整個系統(tǒng)優(yōu)化后的仿真結(jié)構(gòu)如下圖所示：

看到這里，我們的問題也差不多基本解決了，但還有個疑問，為什么交換板和業(yè)務(wù)板在之前的系統(tǒng)里面沒發(fā)現(xiàn)什么大問題呢？帶著這個疑問，我們又和老鐵交流了一下，事情終于水落石出了，之前之所以沒有出問題，主要是信號速率還沒有到10Gbps，stub的影響還沒有那么明顯，速率高了stub的影響當(dāng)然就顯露出來了，所以說高速信號需要關(guān)注更多的細(xì)節(jié)，就如東哥的至理名言：“細(xì)節(jié)決定成敗、價格決定友愛”