原创 你别不信,几个MIL的误差就导致高速传输有误码啦!

2022-8-23 15:55 303 1 1 分类: PCB

作者:一博科技高速先生成员  黄刚

1mm等于39.37mil,1cm等于10mm,成语故事中的毫厘在生活中的确是一个很小的单位,但是在我们SI的领域里,已经是一个很大的衡量单位了。我们不会说这根走线的线宽是多少厘米,也不会说这块PCB板的板厚是多少厘米。尤其对于高速信号而言,一个眼图的UI都是以ps为单位的,也就是以mil级别为单位来计算,因此毫不夸张的说,无论是设计环节还是加工环节,或者是外部的器件出现了几个mil的偏差就足以影响到高速信号的性能,别不信哈,下面这个例子就够让你震撼的了!
 
我们帮助客户设计了一块传输112G信号的超高速测试板,其中就包括一条7inch左右的直通走线,当然大家知道设计的难点肯定是在于同轴连接器位置的优化,需要通过精确的3D仿真来保证该位置的PCB优化来满足超高带宽的传输要求,PCB设计和加工出来的实物就像下图这样。

 
板子加工出来之后,我们进行测试需要用到的连接器就是1.85mm的高速同轴连接器,简称1.85mm连接器,至于为什么叫“1.85mm”这么不整齐的数据,各位粉丝们自行*度查查哈。这种连接器的标称频率能去到67GHz,价格也相当不菲,就这么说的,大概一个小小的连接器就能够顶我们工程师们差不多1个月的猪脚饭。
高速先生Chris在板子回来后立马安装上了连接器进行测试,恩,效果还不错,从损耗和线性度来看,在高频的时候都没有明显的衰减,测试了好几根信号,损耗也相当一致。
Chris进行了初步的验证和摸底后,就把剩下几块板的重复测试验证工作交给了雷豹,雷豹在测试方面也驾轻就熟,立马重复了Chris的流程,安装同轴连接器,然后利用网分进行测试。当我们都认为很快就可以测试完成了,然后就给客户发货的时候,意外情况就发生了!
 
雷豹在测试到其中一对的时候,突然发现这对信号的损耗居然有谐振点,是非常非常影响信号质量的谐振点!
雷豹立马反映给Chris,Chris一看这个测试结果,首先也是感到很诡异,因为这个是同一批次加工的板子,理论上不应该存在这样的加工误差。于是Chris就先去排除下测试的误差,首先看到网络分析仪的设置是没有变过的,因此不是仪器的问题了,另外测试的cable也是一样,于是还有一个差异就是同轴连接器了。我们分别对比下两根信号所用到的同轴连接器,由于是同一厂家同一批次的连接器,外观上的确看不出来有哪里不同,但是当我们把两个连接器翻转再翻转来仔细瞧瞧的时候,凭借我们肉眼的极限来观察,仿佛是看到了连接器的内芯的形状会稍有不同,信号异常所使用的连接器的内芯好像比较分散,稍有错位和偏移,而观测到信号正常的连接器以及剩下的大多数连接器都是内芯的针比较紧密。
虽然只是mil级别的误差,但是敏锐的Chris顿时觉得不简单,脑海中已经不断的联想到这个位置与cable的连接场景。同时也让雷豹换一个我们感觉好的连接器在这根信号上试试,结果发现谐振点消失了,说明就是这个连接器带来的谐振问题!
 
本来问题已经定位清楚就可以收工了,但是爱钻研的Chris并不满足于此,还想通过仿真来还原下这个现象,当然这并不是一件简单的事情,最难的就是要对连接器的公母头进行3D建模了,一顿操作后,Chris就自认为把模型建得符合实际要求了。
我们看到的连接器的差异是在内芯这个针片的位置,好的连接器的针包围得比较紧密而且没有移位,而不好的连接器明显看到有错位的现象!
我们在好的模型情况下,稍微改变下内芯的针的相对位置,移动2-3mil的距离,使针形成看到的有错位的样子,差异的位置如下红色的箭头,只有几个mil的变化,如果有的粉丝表示看不出来,高速先生也是可以理解的哈!
好,对比的模型已经建好的,剩下的就交给仿真了。Chris分别对这两种case进行3D仿真,仿真结果出来后,果然和Chris的验证是符合的,好的连接器信号当然是线性的,而的确也仿真出了有移位的连接器的case,结果的确也是有谐振点的!
恩,这下在Chris看来,才算是彻底close掉了这个问题,终于可以下班了!

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