原创 高速PCB设计的挑战及对策

提及高速PCB，信号完整性问题就是一直让工程师担心的问题，特别目前在一些极高速的领域，近几年例如5G、10G传输速率信号开始普遍的商用，包括Infiniband、10GBase-KR、RXUAI、USB3.0、SATA3.0、PCI-E 3.0、RAPID IO的广泛应用，在设计方法、设计工具、设计流程都有了新的挑战。汉普电子在08年就开始了Infiniband系统级的信号完整性仿真，PCB设计，PCB生产（案例http://www.hampoo.com/cases/caseview/22?csid=22）。这个项目的挑战在于Infiniband的传输速率高达10GBps，传输最长达30英寸，背板需要传输2000多对。更为挑战的是，项目要求一次成功。汉普当时提出的系统对策就是：使用HFSS对PCB的过孔、传输线、焊盘进行建模并优化参数，使用Hspice进行时域分析，预加重，均衡网络的配置，从而获得最优的眼图。使用高频板材减低损耗，使用背钻（Backdrill）技术解决通孔Stub对信号的恶化效应。

11年，汉普电子完成10GBase-KR（基于IEEE STD 802.3AP标准）PCB系统设计（案例http://www.hampoo.com/cases/caseview/79?csid=22）,系统的挑战在于10Gbase-KR、RXUAI、XUAI、千兆PHY、高速TCAM、DDR3、DDR2、QDR等各种不同的高速信号遍布整个系统，10Gbase-KR最长达25.7英寸。另外几乎所有的单板密度都极高，有一个单板的功耗达到400瓦。有一个电源达到67A，这些技术参数带来的挑战是信号完整性、电源完整性、散热的问题都是巨大的。基于10Gbase-KR的传输信号，使用场仿真工具HFSS对过孔、传输线、焊盘建模并优化参数，使用ADS仿真获得特性阻抗，眼图等参数。基于DDR2、DDR3、TCAM、QDR等使用Cadence仿真工具进行信号完整性分析获得端接匹配最优方式，通过时序分析获得PCB设计等长约束。进行电源完整性分析优化电源布线布局优化约束。配合热仿真调整优化PCB布局。在板材选型，使用背钻技术等方面让整个系统顺利地完成并最终通过测试。