三板斧搞定玻纖效應

edadoc

一博科技自媒體高速先生原創(chuàng)文 | 姜杰 所謂玻纖效應，是指構(gòu)成PCB介質(zhì)層的增強材料——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。玻纖效應的發(fā)現(xiàn)史反映了信號速率的不斷提升。 1 B( J7 v  X" N( ?% P4 D) d + n5 Q1 ]# s. Y. F* `PCB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，從而導致了玻纖效應。 ( y) P- t3 p  j  \4 c. y& Z 0 @5 E5 h( p) S8 c8 m7 Q; L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。 + f' A* @6 H" X3 ~ & Z+ C0 u; z$ i- Q $ \- g; D1 J, |1 s/ H) }隨著信號速率的提高，糙老爺們兒進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。 7 Y; e4 L- t; [$ ^( m6 k7 \# L! k ) d. Q, _( s  ]" S8 R 9 _% I7 X3 u  a8 G3 A9 j 6 ?/ H' q3 ^) {/ s' f% U4 A5 b7 U' o  N& y玻纖效應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走線即便達到等長，可能仍然會因為玻纖效應而無法避免時延的偏差，哀莫大于“等長不等時”。 & K0 e; D- u. S  a; o- e6 @玻纖效應不容忽視，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，二是設計優(yōu)化，三是制板優(yōu)化。 / T# M" e. s5 O7 O. U4 C" }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，隨著玻纖效應的日益凸顯，扁平開纖布應運而生，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。 其次，疊層設計階段可以考慮在介質(zhì)層疊兩張PP，從統(tǒng)計學的角度分析，這樣也可以覆蓋大部分的窗口，減小玻纖效應的影響。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值越小（主要是因為玻纖布的Dk做得�。�，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。 # j4 E/ _5 y7 ] 1 ^" M+ z: K% b& e/ C. b3 x, U第二板斧，設計優(yōu)化。在PCB設計階段，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。 * V. t+ x0 `; e : A) _, m4 h* }4 B# h8 H& ]: P* h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。 0 L, u2 ~" x6 W  q9 O ' p1 T  h& Y. b4 l8 B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”。 " Y# ?+ [% c$ X$ |# s2 @$ X0 D ' A/ K5 |3 H. V% { $ P1 Z* J! F7 k+ X) s. B 0 H& h. g0 @. K9 l1 l/ g& Y' e: d 3 @/ n: W$ C8 R& F ) r2 }2 \$ Y+ _, d" X5 f 2 w4 s* t0 g6 C- I) t7 L% m" m