高速PCB差分過孔之間的串?dāng)_仿真分析

2017-04-17  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

在硬件系統(tǒng)設(shè)計中,通常我們關(guān)注的串?dāng)_主要發(fā)生在連接器、芯片封裝和間距比較近的平行走線之間。但在某些設(shè)計中,高速差分過孔之間也會產(chǎn)生較大的串?dāng)_,本文對高速差分過孔之間的產(chǎn)生串?dāng)_的情況提供了實例仿真分析和解決方法。




高速PCB差分過孔之間的串?dāng)_仿真分析HFSS圖片1

高速差分過孔間的串?dāng)_




對于板厚較厚的PCB來說,板厚有可能達到2.4mm或者3mm。以3mm的單板為例,此時一個通孔在PCB上Z方向的長度可以達到將近118mil。如果PCB上有0.8mm pitch的BGA的話,BGA器件的扇出過孔間距只有大約31.5mil。


如圖1所示,兩對相鄰差分過孔之間Z方向的并行長度H大于100mil,而兩對差分過孔在水平方向的間距S=31.5mil。在過孔之間Z方向的并行距離遠大于水平方向的間距時,就要考慮高速信號差分過孔之間的串?dāng)_問題。順便提一下,高速PCB設(shè)計的時候應(yīng)該盡可能最小化過孔stub的長度,以減少對信號的影響。如下圖所1示,靠近Bottom層走線這樣Stub會比較短?;蛘呖梢圆捎帽炽@的方式。



高速PCB差分過孔之間的串?dāng)_仿真分析HFSS分析圖片2


圖1:高速差分過孔產(chǎn)生串?dāng)_的情況(H>100mil, S=31.5mil )


差分過孔間串?dāng)_的仿真分析


下面是對一個板厚為3mm,0.8mm BGA扇出過孔pitch為31.5mil,過孔并行距離H=112mil的設(shè)計實例進行的仿真。


如圖2所示,我們根據(jù)走線將4對差分對定義成8個差分端口。


高速PCB差分過孔之間的串?dāng)_仿真分析HFSS分析圖片3

圖2:串?dāng)_仿真端口定義



假設(shè)差分端口D1—D4是芯片的接收端,我們通過觀察D5、D7、D8端口對D2端口的遠端串?dāng)_來分析相鄰?fù)ǖ赖拇當(dāng)_情況。由圖3所示的結(jié)果我們可以看到距離較近的兩個通道,通道間的遠端串?dāng)_可以達到-37dB@5GHz和-32dB@10GHz,需要進一步優(yōu)化設(shè)計來減小串?dāng)_。



高速PCB差分過孔之間的串?dāng)_仿真分析HFSS培訓(xùn)課程圖片4

圖3:差分對間的串?dāng)_仿真結(jié)果



也許讀到這里您會產(chǎn)生疑問:如何判定是差分過孔引起的串?dāng)_而不是差分走線引起的串?dāng)_呢?


為了說明這個問題,我們將上述的實例分成BGA扇出區(qū)域和差分走線兩部分分別進行仿真。仿真結(jié)果如圖4所示:



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圖4:BGA扇出區(qū)域和差分走線串?dāng)_仿真結(jié)果



從圖4右側(cè)的仿真結(jié)果可以看出差分走線間的串?dāng)_都在-50dB以下,在10GHz頻段下甚至達到了 -60dB以下。而BGA扇出區(qū)域的串?dāng)_和原來整體仿真的串?dāng)_數(shù)值比較接近。從圖4中的仿真結(jié)果我們可以得出在上述實例中差分過孔間的串?dāng)_起主要作用。


差分過孔間串?dāng)_的優(yōu)化


了解了此類問題產(chǎn)生串?dāng)_的根源,優(yōu)化差分過孔之間串?dāng)_的方法就比較明確了。增加差分過孔之間的間距是簡單易行并且十分有效的方法。我們在實例原設(shè)計的基礎(chǔ)上將差分過孔位置進行了優(yōu)化,使得每對差分過孔之間的間距大于75mil。從圖5所示的仿真結(jié)果以及表1的數(shù)據(jù)對比可以看出,優(yōu)化后的遠端串?dāng)_比原設(shè)計在15GHz頻帶內(nèi)有15~20dB的改善,在15~20GHz頻帶內(nèi)有10dB的改善。



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圖5:優(yōu)化差分過孔間距后串?dāng)_仿真結(jié)果




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