三板斧搞定玻纖效應(yīng)

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一博科技自媒體高速先生原創(chuàng)文 | 姜杰 % y. M8 q/ Q$ g1 D 所謂玻纖效應(yīng)，是指構(gòu)成PCB介質(zhì)層的增強(qiáng)材料——玻璃纖維束網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之間的間隙引起介質(zhì)層的相對介電常數(shù)局部變化的現(xiàn)象。玻纖效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)史反映了信號速率的不斷提升。 ' }! f) r0 J0 A( V 8 [1 M& A. J) }2 H  r0 o9 Q+ i. A7 TPCB的介質(zhì)層一般由玻纖布和樹脂組成，玻纖布的玻璃纖維束空隙填充樹脂，由于玻纖布和樹脂的介電常數(shù)相差較大（玻纖布一般在6左右，樹脂是2.5），在靠近玻纖的走線上信號感受到的介電常數(shù)較大，而在玻纖束之間窗口區(qū)域走線的信號感受到的介電常數(shù)較小，從而導(dǎo)致了玻纖效應(yīng)。 3 X& l6 Q; u) P0 H5 O! E1 n6 h % ^/ t/ ]# u: X早期的低速信號是一幫皮糙肉厚的24K純爺們兒，對走線的唯一要求就是連通，至于介質(zhì)層用什么樣的玻纖布完全不在意，這些神經(jīng)大條的信號對于各種型號的玻纖布照單全收，間隙再大都能安之若素，就像三伏天里躺在冰涼順滑的竹席上。 9 P! K: K# N( J7 [; ^6 F0 F 隨著信號速率的提高，糙老爺們兒進(jìn)化成了精致的豬豬男孩，對介質(zhì)均勻性的要求也越來越高，于是對玻纖效應(yīng)的影響越發(fā)難以忍受，順滑的涼席變成了犬牙交錯的藤條，令人如坐針氈。 " D9 v1 R0 q6 o: | 玻纖效應(yīng)對高速信號的影響主要表現(xiàn)在兩個方面，一方面會引起走線阻抗的周期性波動；另一方面，會導(dǎo)致差分走線P和N之間的Skew,也就是說經(jīng)過精心處理的P和N走線即便達(dá)到等長，可能仍然會因為玻纖效應(yīng)而無法避免時延的偏差，哀莫大于“等長不等時”。   B) v8 T/ F& x8 U" d 1 `. ~) M' L4 ]4 a1 l 玻纖效應(yīng)不容忽視，怎么破？套用孫燕姿《神奇》的歌詞：“板材換換換，走線轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，結(jié)果好神奇”，總結(jié)起來有“三板斧”，一是板材優(yōu)化，二是設(shè)計優(yōu)化，三是制板優(yōu)化。 第一板斧，板材優(yōu)化�？梢詮娜齻�方面考慮：首先，可以選擇扁平開纖布，隨著玻纖效應(yīng)的日益凸顯，扁平開纖布應(yīng)運而生，它的特點有兩個：一是“開纖”，二是“扁平”，翻譯成人話就是要把玻纖砸散、錘扁，使玻纖的表面積增大，增加與樹脂的接觸面積，同時提高平整度，最終的目的就是減小玻纖布的經(jīng)紗束與緯紗束之間的窗口。 3 w$ {# b( }* F$ O) F& d 其次，疊層設(shè)計階段可以考慮在介質(zhì)層疊兩張PP，從統(tǒng)計學(xué)的角度分析，這樣也可以覆蓋大部分的窗口，減小玻纖效應(yīng)的影響。最后，我們還可以選用高等級的材料，因為板材的等級越高，Dk值越�。ㄖ饕�是因為玻纖布的Dk做得小），玻纖布與樹脂的Dk越接近，窗口處的Dk波動隨之減弱。這三種不同的方法有個共同的缺點，就是都會增加選材成本。 # K) o9 E( W( P4 b ; R, d3 d# W+ E! A/ Y9 u% B第二板斧，設(shè)計優(yōu)化。在PCB設(shè)計階段，按照一定的角度走線或者考慮Intel推薦的Zig-zag走線。由于玻纖布的經(jīng)紗和緯紗是按橫經(jīng)豎緯的方向垂直交織的，因此這兩個方向的走線受玻纖效應(yīng)的影響最大，如果走線能相對于玻纖束偏移一定的角度，就可以減小玻纖效應(yīng)的影響，方法有兩個：一是按一定的角度走線，再者就是旋轉(zhuǎn)器件。缺點是會增加布局、布線的空間要求，同時也有可能增加走線的損耗，需要權(quán)衡取舍。 / ~( _& A7 T% q. X+ { " r/ t! R3 U7 ^$ f! r實在不行，還有第三板斧，制板優(yōu)化。就是在制板階段將板料旋轉(zhuǎn)一定的角度，這個方法的效果其實與特殊角度走線是一樣的，目的都是為了讓走線避開經(jīng)紗、緯紗的方向。旋轉(zhuǎn)板料的缺點是會降低板材利用率，而且和特定角度走線的設(shè)計同時使用時，切記要避免旋轉(zhuǎn)之后角度抵消的悲劇發(fā)生。 % ^" D1 o! D3 A! t 總之，按照高速先生一貫的觀點，高速信號的優(yōu)化是需要成本的，要么板材的成本，要么設(shè)計的成本，要么加工的成本。但是，一提成本，大家都有壓力，既然談錢傷感情，那就要根據(jù)實際情況“只選對的，不選貴的”。 9 w3 ?( ]6 m* W , _5 N3 W: B/ r $ y+ H3 S& e+ ]4 x6 Y5 a8 j2 n . j/ B( @: p. P