本帖最后由 yvonneGan 于 2020-1-9 15:52 编辑
高速先生原创文 | 周伟
上期的文章讲了高速板材的使用注意事项，本期通过一个案例来分享其中的一种板材选择的情况。
某单板为芯片测试验证板，其中需要满足阻抗及损耗的一些要求，同时交期也很紧张，另外客户还限制了线宽要求，部分要求如下：
- 高速信号部分有12.5Gbps Interlaken信号、QPI、PCIe3.0信号(后面有兼容PCIe4.0的要求)，另外还有10.3125Gbps到光口信号；
- 高速信号损耗要求：
-0.8dB/inch@4GHz,-1.6dB/inch@8GHz
- 差分信号阻抗控制有85ohm、90ohm和100ohm，单端按照50ohm控制，阻抗及线宽控制表如下表1所示;
- 4通道ddr4信号；
- 小电压大电流的电源较多，其中0.95V电源最大电流80A;
- 24层板且板厚小于2.8mm;
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表1、阻抗及线宽要求
在仿真介入前，原始设计叠层使用的是普通FR4材料，如S1000-2,IT180A等，叠层如下图1左边所示（最终确定使用22层）。
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图1.原始层叠及损耗评估
在上图叠层的基础上我们可以看到4GHz时的单位长度损耗已经不能满足要求了，同时在8GHz时的损耗裕量也较小，所以至少需要选择中损耗的板材才能满足损耗要求。如下表2和表3为某中损耗板材的材料参数。
Thin core Standard Construction List
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表2、 core参数
Prepreg Standard Construction List
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表3、 PP参数
按照上面表2和表3的材料参数，在线宽固定的情况下，计算的阻抗如下所示。
5mil线宽的50欧姆单端阻抗计算如下。
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5mil线宽需要调整到3.5mil才能满足50ohm的目标阻抗，调整会比较大，加工可靠性差。
4.2/10mil的100欧姆差分阻抗计算如下。
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4.2/10mil的差分线需要调整到3.5/11.5mil才能控制100ohm的目标阻抗，调整也会比较大，加工一致性差。
4.5/8mil的差分90欧姆阻抗计算如下。
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离目标阻抗90ohm有一定的偏差，还是需要调整才能满足要求。
上面的计算总体来看需要满足阻抗要求，必须把线变细，这样调整会较大，采用如下某low Dk的材料，材料参数如下表4所示。
Thin core Standard Construction List
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PrepregStandard Construction List
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表4、 某low Dk材料参数
采用该low Dk的材料后，在线宽线间距不变的情况下，计算的阻抗如下所示。
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5mil的线宽，只要微调就能满足50ohm的单端目标阻抗标准。
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4.2/10mil的100欧姆差分线阻抗可以很好的满足100ohm的标准，不需要额外调整。
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4.5/8mil的差分线只需要微调阻抗就能满足90ohm的标准。
以上计算可知在要求的线宽条件下，使用low Dk的板材在加工时基本不需要过多的额外调整就可以满足阻抗要求。
根据新的材料，调整叠层如下图2右所示。
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图2.最终调整叠层
上面叠层在之前的基础上指定了玻纤类型，同时由于厚度的限制，该叠层使用了阴阳铜箔的芯板(使用阴阳铜箔的芯板时需要注意交期可控)。Low Dk材料的损耗曲线和原始FR4的损耗对比如下图3和图4所示。
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图3.QPI信号评估
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图4.PCIe3损耗评估
可知通过不同的板材选择，主要是为了满足阻抗、损耗及板厚等要求，不同的要求可选择的材料也是不一样的，此项目是在不计较成本，需要最快的交期的情况下的一个例子，在条件变化的情况下还有其他的选择，所以本例只是作为一个参考。
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