千兆位設備PCB的信號完整性設計

　　過(guò)孔模型的獲取有兩種方法，一種是通過(guò)測試例如通過(guò)TDR來(lái)獲得,另一種可以通過(guò)3D的場(chǎng)提取器(Field Solver)根據過(guò)孔的物理結構來(lái)提取。

　　過(guò)孔模型參數與PCB的材料、疊層、厚度、焊盤(pán)/反焊盤(pán)尺寸、以及與其連接的連線(xiàn)的連接方式有關(guān)。在仿真軟件中，根據精度要求可以設置不同的參數，軟件會(huì )依據相應的算法提取過(guò)孔的模型并在仿真時(shí)考慮其影響。

　　在千兆位系統PCB的設計中尤其要考慮連接器的影響，現在高速連接器技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)可以很好地保證信號傳輸時(shí)阻抗與地平面的連續性，設計中對連接器的仿真分析主要采用多線(xiàn)模型。

　　連接器多線(xiàn)模型是在三維空間下，考慮管腳間的電感和電容耦合提取出來(lái)的模型。連接器多線(xiàn)模型一般使用三維場(chǎng)提取器提取出RLGC矩陣，一般是Spice模型子電路形式。由于模型結構復雜，提取和仿真分析時(shí)都需要較長(cháng)的時(shí)間。在SpecctraQuest軟件中，可以把連接器的Spice模型編輯成Espice模型，賦給器件或直接調用，也可以編輯成DML格式的封裝模型賦給器件使用。

　　差分信號及布線(xiàn)考慮

　　差分信號具有抗干擾強、傳輸速率高的優(yōu)點(diǎn)，在千兆位信號傳輸中，可以更好降低串擾、EMI等的影響，其耦合形式有邊沿耦合與上下耦合、松耦合和緊耦合等形式。

　　邊沿耦合與上下耦合相比具有更好降低串擾、布線(xiàn)方便、加工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，上下耦合更經(jīng)常應用于布線(xiàn)密度大的PCB 板。緊耦合相對于松耦合具有更好的抗干擾能力，并能減小串擾，松耦合則可更好控制差分走線(xiàn)阻抗的連續性。

　　具體的差分走線(xiàn)規則要根據不同的情況考慮阻抗連續性、損耗、串擾、走線(xiàn)長(cháng)度差異等的影響。差分線(xiàn)最好用眼圖來(lái)分析仿真結果。仿真軟件可以設定隨機序列碼產(chǎn)生眼圖，并且可以輸入抖動(dòng)與偏移參數分析其對眼圖的影響。

　　電源分配與EMC

　　數據傳輸速率的提高伴隨著(zhù)更快的邊沿速率，需要在更寬的頻帶內保證電源穩定性。一個(gè)高速系統可能會(huì )通過(guò)瞬態(tài)10A的電流，并且要求電源最大紋波50mV，也就是說(shuō)要保證一定頻率范圍內電源分配網(wǎng)路的阻抗在5mΩ以?xún)?，例如信號的上升時(shí)間小于0.5ns，要考慮的頻寬范圍達1.0GHz。

　　在千兆位系統設計中，要避免同步噪聲(SSN)的干擾，保證電源分配系統在帶寬范圍內具有較低阻抗。一般在低頻段，采用去耦電容降低阻抗，高頻段主要考慮電源、地平面分布。圖4顯示了電源、地平面層考慮去耦電容和沒(méi)有考慮去耦電容影響時(shí)，阻抗變化的頻率響應圖。

　　SpecctraQuest軟件可以分析由于封裝結構造成的同步噪聲的影響，其中的Power Integrity(PI)軟件采用頻域分析電源分配系統，可以有效地分析去耦電容數量與位置以及電源、地平面的影響效果，幫助工程師進(jìn)行去耦電容選擇以及放置位置、布線(xiàn)和平面分布分析。

　　EMC即電磁兼容性，產(chǎn)生的問(wèn)題包含過(guò)量電磁輻射及對電磁輻射敏感性?xún)煞矫?。它產(chǎn)生的主要原因是電路工作頻率太高以及布局布線(xiàn)不合理。目前已有進(jìn)行EMC仿真的軟件工具，但EMC的問(wèn)題可以由許多電磁方面的原因引起，仿真參數和邊界條件設置很困難，這將直接影響仿真結果的準確性和實(shí)用性。最通常的做法是將控制EMC的各項設計規則應用在設計的每一環(huán)節，實(shí)現在設計各環(huán)節上的規則驅動(dòng)和控制，設計完成測試驗證后又可以形成新的規則應用到新的設計中。