你別不信，幾個(gè)MIL的誤差就導(dǎo)致高速傳輸有誤碼啦！

作者：一博科技高速先生成員  黃剛

1mm等于39.37mil，1cm等于10mm，成語(yǔ)故事中的毫厘在生活中的確是一個(gè)很小的單位，但是在我們SI的領(lǐng)域里，已經(jīng)是一個(gè)很大的衡量單位了。我們不會(huì)說(shuō)這根走線的線寬是多少厘米，也不會(huì)說(shuō)這塊PCB板的板厚是多少厘米。尤其對(duì)于高速信號(hào)而言，一個(gè)眼圖的UI都是以ps為單位的，也就是以mil級(jí)別為單位來(lái)計(jì)算，因此毫不夸張的說(shuō)，無(wú)論是設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)還是加工環(huán)節(jié)，或者是外部的器件出現(xiàn)了幾個(gè)mil的偏差就足以影響到高速信號(hào)的性能，別不信哈，下面這個(gè)例子就夠讓你震撼的了！
 
我們幫助客戶設(shè)計(jì)了一塊傳輸112G信號(hào)的超高速測(cè)試板，其中就包括一條7inch左右的直通走線，當(dāng)然大家知道設(shè)計(jì)的難點(diǎn)肯定是在于同軸連接器位置的優(yōu)化，需要通過(guò)精確的3D仿真來(lái)保證該位置的PCB優(yōu)化來(lái)滿足超高帶寬的傳輸要求，PCB設(shè)計(jì)和加工出來(lái)的實(shí)物就像下圖這樣。

板子加工出來(lái)之后，我們進(jìn)行測(cè)試需要用到的連接器就是1.85mm的高速同軸連接器，簡(jiǎn)稱1.85mm連接器，至于為什么叫“1.85mm”這么不整齊的數(shù)據(jù)，各位粉絲們自行*度查查哈。這種連接器的標(biāo)稱頻率能去到67GHz，價(jià)格也相當(dāng)不菲，就這么說(shuō)的，大概一個(gè)小小的連接器就能夠頂我們工程師們差不多1個(gè)月的豬腳飯。
高速先生Chris在板子回來(lái)后立馬安裝上了連接器進(jìn)行測(cè)試，恩，效果還不錯(cuò)，從損耗和線性度來(lái)看，在高頻的時(shí)候都沒(méi)有明顯的衰減，測(cè)試了好幾根信號(hào)，損耗也相當(dāng)一致。
Chris進(jìn)行了初步的驗(yàn)證和摸底后，就把剩下幾塊板的重復(fù)測(cè)試驗(yàn)證工作交給了雷豹，雷豹在測(cè)試方面也駕輕就熟，立馬重復(fù)了Chris的流程，安裝同軸連接器，然后利用網(wǎng)分進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)我們都認(rèn)為很快就可以測(cè)試完成了，然后就給客戶發(fā)貨的時(shí)候，意外情況就發(fā)生了！
 
雷豹在測(cè)試到其中一對(duì)的時(shí)候，突然發(fā)現(xiàn)這對(duì)信號(hào)的損耗居然有諧振點(diǎn)，是非常非常影響信號(hào)質(zhì)量的諧振點(diǎn)！
雷豹立馬反映給Chris，Chris一看這個(gè)測(cè)試結(jié)果，首先也是感到很詭異，因?yàn)檫@個(gè)是同一批次加工的板子，理論上不應(yīng)該存在這樣的加工誤差。于是Chris就先去排除下測(cè)試的誤差，首先看到網(wǎng)絡(luò)分析儀的設(shè)置是沒(méi)有變過(guò)的，因此不是儀器的問(wèn)題了，另外測(cè)試的cable也是一樣，于是還有一個(gè)差異就是同軸連接器了。我們分別對(duì)比下兩根信號(hào)所用到的同軸連接器，由于是同一廠家同一批次的連接器，外觀上的確看不出來(lái)有哪里不同，但是當(dāng)我們把兩個(gè)連接器翻轉(zhuǎn)再翻轉(zhuǎn)來(lái)仔細(xì)瞧瞧的時(shí)候，憑借我們?nèi)庋鄣臉O限來(lái)觀察，仿佛是看到了連接器的內(nèi)芯的形狀會(huì)稍有不同，信號(hào)異常所使用的連接器的內(nèi)芯好像比較分散，稍有錯(cuò)位和偏移，而觀測(cè)到信號(hào)正常的連接器以及剩下的大多數(shù)連接器都是內(nèi)芯的針比較緊密。
雖然只是mil級(jí)別的誤差，但是敏銳的Chris頓時(shí)覺(jué)得不簡(jiǎn)單，腦海中已經(jīng)不斷的聯(lián)想到這個(gè)位置與cable的連接場(chǎng)景。同時(shí)也讓雷豹換一個(gè)我們感覺(jué)好的連接器在這根信號(hào)上試試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)諧振點(diǎn)消失了，說(shuō)明就是這個(gè)連接器帶來(lái)的諧振問(wèn)題！
 
本來(lái)問(wèn)題已經(jīng)定位清楚就可以收工了，但是愛(ài)鉆研的Chris并不滿足于此，還想通過(guò)仿真來(lái)還原下這個(gè)現(xiàn)象，當(dāng)然這并不是一件簡(jiǎn)單的事情，最難的就是要對(duì)連接器的公母頭進(jìn)行3D建模了，一頓操作后，Chris就自認(rèn)為把模型建得符合實(shí)際要求了。
我們看到的連接器的差異是在內(nèi)芯這個(gè)針片的位置，好的連接器的針包圍得比較緊密而且沒(méi)有移位，而不好的連接器明顯看到有錯(cuò)位的現(xiàn)象！
我們?cè)诤玫哪Ｐ颓闆r下，稍微改變下內(nèi)芯的針的相對(duì)位置，移動(dòng)2-3mil的距離，使針形成看到的有錯(cuò)位的樣子，差異的位置如下紅色的箭頭，只有幾個(gè)mil的變化，如果有的粉絲表示看不出來(lái)，高速先生也是可以理解的哈！
好，對(duì)比的模型已經(jīng)建好的，剩下的就交給仿真了。Chris分別對(duì)這兩種case進(jìn)行3D仿真，仿真結(jié)果出來(lái)后，果然和Chris的驗(yàn)證是符合的，好的連接器信號(hào)當(dāng)然是線性的，而的確也仿真出了有移位的連接器的case，結(jié)果的確也是有諧振點(diǎn)的！
恩，這下在Chris看來(lái)，才算是徹底close掉了這個(gè)問(wèn)題，終于可以下班了！