Leiterplattentechnisch - Hochgeschwindigkeits-Simulationsanalyse von differentiellen Leitungsverbindungen in der Leiterplattenfabrik

Im Hardware-Systemdesign, Das Übersprechen, auf das wir normalerweise achten, tritt hauptsächlich zwischen Steckverbindern auf, Chippakete, und parallele Leiterbahnen mit relativ engem Abstand. Allerdings, in einigen Leiterplattendesigns von Leiterplattenfabriken, Großes Übersprechen zwischen Hochgeschwindigkeits-Differentialverbindungen wird auch auftreten. Der Herausgeber des Leiterplattenfabrik liefert beispielhafte Simulationsanalysen und Lösungen für das Übersprechen von Hochgeschwindigkeits-Differentialverbindungen.

Übersprechen zwischen Hochgeschwindigkeits-Differentialverbindungen

Bei dickeren Leiterplatten kann die Dicke 2,4mm oder 3mm erreichen. Nehmen Sie ein 3mm Single Board als Beispiel. Zu diesem Zeitpunkt kann die Länge eines Durchgangslochs in Z-Richtung auf der Leiterplatte fast 118 Millionen erreichen. Befindet sich auf der Leiterplatte ein 0,8mm Pitch BGA, beträgt der Lüfter über Pitch des BGA Gerätes nur etwa 31,5mil.

Wie in Abbildung 1 gezeigt, Die Parallellänge H in Z-Richtung zwischen zwei Paaren benachbarter Differentialverbindungen ist größer als 100 mils, und der horizontale Abstand zwischen den beiden Paaren der Differentialverbindungen ist S=31.5 Mio. Wenn der parallele Abstand zwischen Vias in Z-Richtung viel größer ist als der horizontale Abstand, Das Übersprecheproblem zwischen Hochgeschwindigkeitssignaldifferentialverbindungen muss berücksichtigt werden. Übrigens, bei der Gestaltung Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten, Die Länge des Durchgangsstubs sollte so weit wie möglich minimiert werden, um die Auswirkungen auf das Signal zu reduzieren. Wie in Abbildung 1 unten gezeigt, Der Stub wird kürzer, wenn er nahe an der unteren Ebene geführt wird. Oder Sie können Back Drilling verwenden.

Abbildung 1: Übersprechen erzeugt durch Hochgeschwindigkeits-Differenzialvias (H>100mil, S=31.5mil)

Simulationsanalyse von Übersprechen zwischen Differenzialvias

Im Folgenden ist eine Simulation eines Konstruktionsbeispiels mit einer Plattendicke von 3mm, einem 0,8mm BGA-Lüfter über Pitch von 31,5mil und einem via Parallelabstand H=112mil.

Wie in Abbildung 2 gezeigt, definieren wir 4-Paare von Differentialpaaren in 8-Differentialpaare entsprechend dem Routing.

Abbildung 2: Definition des Ports der Übersprechersimulation

Unter der Annahme, dass die Differenzanschlüsse D1-D4 die empfangenden Enden des Chips sind, analysieren wir den Übersprechen benachbarter Kanäle, indem wir den Übersprechen des Fernenden Übersprechens der D5-, D7- und D8-Ports zum D2-Port beobachten. -37dB@5GHz und -32dB@10GHz Eine weitere Optimierung des Designs ist erforderlich, um das Übersprechen zu reduzieren.

Abbildung 3: Ergebnisse der Übersprechensimulation zwischen Differentialpaaren

Möglicherweise haben Sie nach dem Lesen dieses Artikels Fragen: Wie kann man das Übersprechen bestimmen, das durch die Differenzialvias verursacht wird, anstatt das Übersprechen, das durch die Differenzialspuren verursacht wird?

Um dieses Problem zu verdeutlichen, teilen wir das oben genannte Beispiel zur Simulation in zwei Teile, BGA-Fächerfläche und Differentialspuren, auf. Das Simulationsergebnis ist in Abbildung 4 dargestellt:

Abbildung 4: BGA-Fächerbereich und Ergebnisse der Differentialspurübersprechensimulation

Aus den Simulationsergebnissen auf der rechten Seite von Abbildung 4, Es ist zu sehen, dass das Übersprechen zwischen den Differentialspuren unter -50dB liegt, und erreicht sogar unter -60dB im 10GHz Frequenzband. Das Übersprechen im Lüfterbereich des BGA liegt relativ nah an dem Übersprechenwert der ursprünglichen Gesamtsimulation. Aus den Simulationsergebnissen in Abbildung 4, Wir können schließen, dass das Übersprechen zwischen den Differentialverbindungen im obigen Beispiel eine wichtige Rolle spielt.

Optimierung des Übersprechens zwischen Differentialverbindungen

Wenn man die Grundursachen für Übersprechen kennt, die durch solche Probleme verursacht werden, ist die Methode zur Optimierung des Übersprechens zwischen Differentialverbindungen klarer. Das Vergrößern des Abstandes zwischen Differentialverbindungen ist eine einfache, einfache und effektive Methode. Basierend auf dem ursprünglichen Design des Beispiels haben wir die Position der Differentialverbindungen so optimiert, dass der Abstand zwischen jedem Paar Differentialverbindungen größer als 75 Mio ist. Aus den Simulationsergebnissen in Abbildung 5 und dem Datenvergleich in Tabelle 1 ist ersichtlich, dass die optimierte Fernübersprechung eine Verbesserung von 15-20dB im 15GHz-Band und 10dB im 15-20GHz-Band gegenüber dem ursprünglichen Design aufweist.

Abbildung 5: Ergebnisse der Übersprechersimulation nach Optimierung des Abstandes von Differentialverbindungen