好吧，高速先生承認(rèn)這個PCB設(shè)計方法的確有點意思，但是不多！
發(fā)布時間：2024-05-20 14:27
高速先生成員--黃剛
玻纖效應(yīng)，作為一種神秘和隱晦的存在，一直都是做高速信號設(shè)計的工程師們無法放心的一環(huán)。作為一種雖然不一定會發(fā)生，但是一發(fā)生起來又很影響信號質(zhì)量的存在，設(shè)計工程師和板廠可謂想盡了一切辦法去盡量規(guī)避。由于Chris自認(rèn)為自己講的玻纖效應(yīng)的原因和解決方法都沒有之前高速先生寫過的這篇文章《DesignCon文章解讀之玻纖效應(yīng)限制了我們對高速的想象？》講得好，因此特意翻箱倒柜把這篇文章找出來，讓大家對玻纖效應(yīng)和常規(guī)我們正在使用的解決方法有一定的認(rèn)知！
是的，目前用得比較多的幾個方法就是要么選用扁平玻纖布的PP和Core，例如1078、1035等，要么就需要設(shè)計工程師比較辛苦的把高速信號線做成一定角度的走線，要么就多浪費點板料，讓板廠做一定角度的panel旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然上面也說了，玻纖效應(yīng)其實在某種意義來說是一定會存在的，只是程度輕重的問題。在扁平玻纖布的選用這一塊，1078或1035這些好的PP和Core的選擇的確能大概率弱化它的影響，但也不是一定，非常非常偶爾的情況下也能看到一個扁平玻纖布存在非常大玻纖效應(yīng)的case，就好像這篇文章《明明設(shè)計的是高帶寬，你差點給我加工成開路？》說的一樣，也不是做到百分百保險。
Chris最近突然想再進(jìn)一步研究下玻纖效應(yīng)，于是也翻閱了行業(yè)內(nèi)相關(guān)的文檔，看看有沒有提到什么更好的解決方案。無意中看到了某大公司提出的塵封已久的設(shè)計思路，就是下面這個圖的方法！
這個思路到底是怎么樣的呢？這個方法以1035和1078為例來介紹，我們知道，從理論上來說以某種名字命名的PP和Core，就代表著玻璃布編織的方式是固定的，說白了，它們認(rèn)為橫向和縱向玻纖布的間距是固定的。1035大概是15.2mil的橫向間距，1078大概是18.5mil的橫向間距。于是提出了這種新的設(shè)計思路就是如果差分線的線寬和間距等剛好做到和玻纖布的間距一樣的話，那不就是無論走線在玻纖上的哪個位置，差分線間的兩根線感受到的變化是完全一樣的，這樣理論上就沒有模態(tài)轉(zhuǎn)換的發(fā)生，從這個意義上來說也就是不存在玻纖效應(yīng)了?。?！
在看到這個方法的第一個moment，Chris感覺也是眼前一亮。作為一個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ處煟珻hris就打算試試通過仿真的方式來驗證一下這個思路。要玩就拿最差的PP來玩，Chris按照1080PP的規(guī)格進(jìn)行了3D建模，大概建了一個很符合實際的PP的3D模型。
可以看到，1080PP的玻纖窗口是真的大啊！然后我們根據(jù)1080的玻纖理論的間距去設(shè)計在上面要走的差分線。從拿到的數(shù)據(jù)來看，1080PP在經(jīng)線方向上的玻璃布中心間距為17mil的樣子。
于是我們根據(jù)建模PP的厚度，在前提都滿足100歐姆阻抗下，設(shè)計兩組差分線結(jié)構(gòu)。
Case1：線寬5mil，線間距12mil，中心間距17mil，也就是和玻纖間距剛好相同的結(jié)構(gòu)；來驗證這個新的設(shè)計思路的效果。
Case2：線寬4.5mil，線間距7mil，中心間距11.5mil，不和玻纖間距相同的結(jié)構(gòu)，來作為一組普通的差分線結(jié)構(gòu)，來和case1對比，看看它受到玻纖效應(yīng)的影響程度。
最終完成的3D模型如下所示。
要不我們先來看看case2這種沒按照玻纖間距來設(shè)計的普通走線的情況？那我們?nèi)我獾臋M向移動這對差分線，讓它分別存在于PP上的幾個不同的位置，例如這樣。
哦對了，還有一點忘了提醒，就是兩種case的差分線建模的長度都為2inch哈！我們看看只有不長的2inch走線情況下兩種case的差異！
那我們就開始對case2，差分線在上面的4種位置情況下進(jìn)行無源的仿真，看的指標(biāo)為模態(tài)轉(zhuǎn)換和影響的插入損耗兩個主要指標(biāo)。
從模態(tài)轉(zhuǎn)換上可以看到，4根走線的模態(tài)轉(zhuǎn)換都明顯受到了玻纖效應(yīng)的影響，其中在1和3兩個狀態(tài)下的效果更是差！
同時能看到對插損的影響也非常的明顯。正常的差分走線的情況肯定就不會這個樣子了。
沒有對比就沒有傷害，那我們轉(zhuǎn)頭來看看本次的這種新思路設(shè)計下的情況，也就是case1的仿真結(jié)果。
在case1中，移動差分線分布到和case2的4種狀態(tài)下去分析，如下所示：
首先我們還是先看看模態(tài)轉(zhuǎn)換這個最主要的指標(biāo)，真的不得不相信，這種新的設(shè)計思路真的在仿真中呈現(xiàn)出完美的狀態(tài)，在4個不同的位置上，模態(tài)轉(zhuǎn)換的結(jié)果都穩(wěn)如老狗！全在-40db以下，非常的理想。
這樣在插損結(jié)果上也能看到我們喜歡的曲線了，一條理想差分線應(yīng)該有的插損曲線！
Chris向組內(nèi)分享這個文檔后，大家看到了都紛紛表示很棒，都想在后面的項目里嘗試下這種設(shè)計方法。Chris再細(xì)細(xì)斟酌之后，還是不由得向大家潑一點點冷水，淡淡的問了大家一句：既然這個理論的方法已經(jīng)提出了那么多年了，為什么大家卻幾乎沒有在實際的項目中看到過有人這樣設(shè)計呢？
問題來了？
大家覺得這個理論上很棒的方法，如果實際加工出來會怎么樣呢？問題非常開放，沒有對錯，希望大家踴躍回答哈！
