芯耀
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公眾號(hào) | 高速先生，作者 | 黃剛
長(zhǎng)通道的阻抗一直往上竄這個(gè)事情其實(shí)不是個(gè)別現(xiàn)象了，相信大多數(shù)做高速串行信號(hào)的朋友，尤其是做背板系統(tǒng)的朋友都深有體會(huì)，在超過(guò)例如10inch走線(xiàn)的時(shí)候，如果你們?nèi)y(cè)試加工出來(lái)的差分線(xiàn)的TDR阻抗，就很容易看到以下的曲線(xiàn)。
設(shè)計(jì)的是100歐姆的差分阻抗線(xiàn)，在測(cè)試初始位置的確也是符合100歐姆，但是不知道咋滴，走線(xiàn)越往末端去，阻抗就越高。最后到達(dá)這對(duì)走線(xiàn)末端的時(shí)候居然超過(guò)了110歐姆！這下完了，這對(duì)走線(xiàn)的阻抗不滿(mǎn)足10%的加工公差了，大家是不是就會(huì)覺(jué)得加工出來(lái)的這對(duì)差分線(xiàn)有問(wèn)題了，估計(jì)不能滿(mǎn)足你們10G或者25G的高速傳輸要求了？！
反正最近就有很多客戶(hù)來(lái)問(wèn)Chris這個(gè)事情了。Chris每次都耐心的安慰他們要淡定，這個(gè)完全沒(méi)問(wèn)題，阻抗做得很好。但是對(duì)于阻抗曲線(xiàn)先入為主的他們來(lái)說(shuō)，這種安慰似乎沒(méi)太多實(shí)質(zhì)上的效果，哪怕他們已經(jīng)進(jìn)行了功能測(cè)試沒(méi)問(wèn)題，仍然繼續(xù)擔(dān)心，覺(jué)得這次只是運(yùn)氣好，裕量勉強(qiáng)還夠，下次就不一定了。
前段時(shí)間Chris的確也很忙，也就只能這樣心理安慰了。最近緩過(guò)來(lái)一點(diǎn)了，那就決定把這個(gè)事情一次說(shuō)明白，讓大家徹底的安心哈！
從哪開(kāi)始講呢？那就從為什么你們會(huì)看到這種現(xiàn)象開(kāi)始講吧。有時(shí)候測(cè)試的差分線(xiàn)的阻抗就不會(huì)竄得那么高，有時(shí)候就竄得很高，不知道大家有沒(méi)有找到一些共性的特點(diǎn)??！Chris先告訴大家一個(gè)非常明顯的設(shè)計(jì)區(qū)別點(diǎn)，那就是走線(xiàn)的長(zhǎng)度。走線(xiàn)短的，一般都竄不高，走線(xiàn)越長(zhǎng)，竄得越高！Chris給大家做個(gè)簡(jiǎn)單的仿真看看哈，假設(shè)我們?cè)O(shè)置一個(gè)內(nèi)層的傳輸線(xiàn)疊層，使得差分線(xiàn)在線(xiàn)寬5mil，間距9mil的情況下滿(mǎn)足100歐姆的阻抗要求。
首先我們?cè)O(shè)置這對(duì)差分線(xiàn)的線(xiàn)長(zhǎng)為5inch，這種case下我們進(jìn)行一個(gè)TDR阻抗的仿真，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這對(duì)5inch的走線(xiàn)阻抗就從一開(kāi)始的100歐姆，上漂到102歐姆多，上漂幅度大概2歐姆多的樣子。
那如果我們把同樣的這對(duì)差分線(xiàn)的長(zhǎng)度設(shè)得更長(zhǎng)，例如是之前的3倍，設(shè)到15inch時(shí)，再次進(jìn)行同樣的TDR阻抗仿真，就會(huì)發(fā)現(xiàn)阻抗上漂了6個(gè)多歐姆，變大了！
細(xì)心的朋友可能就發(fā)現(xiàn)了，感覺(jué)走線(xiàn)越長(zhǎng)阻抗上漂的幅度就越大！如果你再細(xì)心一點(diǎn)，你甚至能發(fā)現(xiàn)和走線(xiàn)長(zhǎng)度是線(xiàn)性成正比的哦！5inch走線(xiàn)上漂2歐姆多，15inch走線(xiàn)就上漂它的3倍，6歐姆多！
那這個(gè)阻抗上漂到底是由什么因素引起的呢？真的是因?yàn)椴罘志€(xiàn)的阻抗沒(méi)做好導(dǎo)致的嗎？如果是阻抗的因素導(dǎo)致的，這里有三點(diǎn)是說(shuō)不通的。一是阻抗沒(méi)做好的話(huà)會(huì)那么線(xiàn)性的上升嗎，更多情況下不是應(yīng)該一段高一段低，或者整段都高才是？二是，阻抗沒(méi)做好的阻抗曲線(xiàn)剛好就和長(zhǎng)度成正比了，那么巧合的嗎？三是，明明我在上面的仿真中傳輸線(xiàn)是按照100歐姆來(lái)設(shè)計(jì)的啊，是個(gè)理想仿真值啊，只是仿真，都沒(méi)涉及到加工誤差，為什么也還要上漂呢！
所以怎么說(shuō)感覺(jué)也不會(huì)是阻抗加工沒(méi)做好導(dǎo)致的阻抗上漂，那到底是什么原因呢？這個(gè)時(shí)候我們?nèi)パ芯苛硗獾囊粋€(gè)物理概念，那就是我們初中學(xué)的那個(gè)歐姆定律里面的電阻這個(gè)概念！我們還是對(duì)上面的5inch和15inch的差分線(xiàn)去仿真它的電阻值！用的就是初中學(xué)的歐姆定律，我們給這對(duì)差分線(xiàn)一個(gè)電壓V1，然后觀測(cè)經(jīng)過(guò)它的電流I，這個(gè)時(shí)候用V1/I就得到了差分線(xiàn)的電阻值！再提醒一次哈，是電阻，不是阻抗！
5inch差分線(xiàn)的直流電阻R大家有預(yù)想過(guò)是什么量級(jí)的嗎？沒(méi)錯(cuò)，不是別人，正是你從TDR阻抗曲線(xiàn)中看到的上漂的量，2.261歐姆！
同樣，15inch走線(xiàn)的直流電阻也可以仿真出來(lái)，就是5inch走線(xiàn)的3倍，6.784歐姆。也就是15inch的TDR阻抗曲線(xiàn)的上漂量！
哦！聽(tīng)Chris這么一說(shuō)，好像懂了，TDR阻抗的上漂量其實(shí)是傳輸線(xiàn)的直流電阻搞得鬼哈！從理論的仿真中就能看出來(lái)，哪怕是100歐姆的理想傳輸線(xiàn)也存在著阻抗上漂的效應(yīng)，和所謂的加工阻抗波動(dòng)壓根扯不上關(guān)系！那大家還是會(huì)問(wèn)了，雖然不是阻抗沒(méi)做好導(dǎo)致的，那么這種阻抗上漂到底對(duì)高速的性能有沒(méi)有影響??？
其實(shí)從定性來(lái)理解你就知道不會(huì)影響高頻的性能了，畢竟它只是直流電阻，壓根和頻率無(wú)關(guān)！我們無(wú)論是看5inch還是15inch的這對(duì)差分線(xiàn)的回波損耗就會(huì)發(fā)現(xiàn)，高頻的性能都好到不行，唯一的區(qū)別是在靠近直流，也就是0Hz的頻段能看到小小的區(qū)別。15inch的直流電阻比較大，所以靠近直流頻段的回波損耗受到稍微的影響而已。
如果把這個(gè)頻段的插損結(jié)果放大給大家看看就更明確了，我們來(lái)看直流點(diǎn)的損耗，其實(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)所謂的阻抗上漂效應(yīng)影響到的也就是直流點(diǎn)的損耗而已。
還是那句話(huà)，既然是直流電阻導(dǎo)致的上漂效應(yīng)，那它當(dāng)然不會(huì)影響高頻的性能。大家放寬心哈，長(zhǎng)走線(xiàn)的TDR阻抗其實(shí)只要看初始端的值就能判斷加工阻抗到底做得準(zhǔn)不準(zhǔn)了，并不是看末端的上漂值，如果是相對(duì)比較線(xiàn)性的上升，沒(méi)明顯波動(dòng)的話(huà)，說(shuō)明整個(gè)鏈路阻抗一致性就是好的，大家不要被它最后上升到110歐姆甚至120歐姆嚇怕了哦！
Q：本期提問(wèn)：?jiǎn)栂麓蠹夜?，到底傳輸線(xiàn)TDR阻抗的上漂量跟PCB的哪些因素有關(guān)系呢？
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