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高速差分過孔之間的串擾分析

發(fā)布時間:2019-06-18 責任編輯:wenwei

【導讀】在硬件系統(tǒng)設(shè)計中,通常我們關(guān)注的串擾主要發(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)生較大的串擾,本文對高速差分過孔之間的產(chǎn)生串擾的情況提供了實例仿真分析和解決方法。
 
高速差分過孔間的串擾
 
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擾問題。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。或者可以采用背鉆的方式。
 
高速差分過孔之間的串擾分析
圖1:高速差分過孔產(chǎn)生串擾的情況(H>100mil, S=31.5mil )
 
差分過孔間串擾的仿真分析
 
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。
 
高速差分過孔之間的串擾分析
圖2:串擾仿真端口定義
 
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端口的遠端串擾來分析相鄰?fù)ǖ赖拇當_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,通道間的遠端串擾可以達到-37dB@5GHz和-32dB@10GHz,需要進一步優(yōu)化設(shè)計來減小串擾。
 
高速差分過孔之間的串擾分析
圖3:差分對間的串擾仿真結(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擾而不是差分走線引起的串擾呢?
 
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:
 
高速差分過孔之間的串擾分析
圖4:BGA扇出區(qū)域和差分走線串擾仿真結(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擾都在-50dB以下,在10GHz頻段下甚至達到了 -60dB以下。而BGA扇出區(qū)域的串擾和原來整體仿真的串擾數(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擾起主要作用。
 
差分過孔間串擾的優(yōu)化
 
了解了此類問題產(chǎn)生串擾的根源,優(yōu)化差分過孔之間串擾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)化后的遠端串擾比原設(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。
 
高速差分過孔之間的串擾分析
圖5:優(yōu)化差分過孔間距后串擾仿真結(jié)果
 
高速差分過孔之間的串擾分析
表1:優(yōu)化差分過孔間距前后串擾仿真數(shù)據(jù)對比
 
TI公司推出的應(yīng)用于25/28Gbps接口速率的DS280BR810芯片在PCB設(shè)計上可以使用這種降低串擾的扇出方法。DS280BR810是一個8通道28Gbps低功耗線性均衡器。
 
 
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