TI DS125BR401A 官方DEMO板鉴赏+学习+分析

一直不断学习的一个因素,不让别人把自己吹的牛X,花式撮破 :lol
讨论为主,吹牛为辅!!
申明: 因各方面原因,如文档有写的不对之处,还请各位大爷指点与包涵。
          有些资料信息是网络得来的,如果有资料涉及知识产权方面问题,请与我联系。
DEMO板的意义在很大程度上可以说是芯片功能的实现,所以在做产品时别太迷信DEMO板,具体情况具体分析。
板子信息可到官网浏览与下载
首先明白板子的大概功能,有个大方向,才能更好关注板子的重点。
此参考设计使用可配置的均衡、去加重和输出电压来扩大高速 SAS-3 数据路径的链路距离和损耗预算。
它通过 miniSAS-HD 接口支持从 1.5 Gbps 到 12 Gbps 的 SAS 和 SATA 接口。
关注点:SAS-3 ,1.5 Gbps 到 12 Gbps
解读: 在一定的程度上信号到了12Gbps,应该算是超高速了,那在看这板子时,就要有了高速信号的相关知识了
如:差分线,阻抗控制,叠层设置,等长,3W规则,低电压,容差值。。。
有了上边的信息了解,就相当于对这板子在了定性的分析了,现在就查看板子上的规则的具体实现方式了。
电源方面:
主芯片相关信息,layout的关注点:
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芯片电流不大,电压2.5Vor 3.3V,工作电压的容差值为+-0.125V,比较小,
要注意电源入口与芯片的相对距离,通道的宽度,滤波电容的多少,容量与位置
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                      图1                                                  图2
可以看到芯片2.5V管脚都有一个100n的电容
红箭头处的3.3V没有管脚电容
板上电源输入接口与芯片相对位置如图12所示
3.3V接口处有一滤波电容
2.5V接口处没有滤波电容
通过查看前边的芯片参数来看,电源通道的大小是没什么问题,唯一要考虑的是,信号与电源的相互干扰方面,后边这方面会有一定的分析。
 
2.5V3.3V的通道是在pwrsignal层上,而这俩层是相邻层,为什么这样处理了,可以找下这方面的原因?
提示:从芯片的供电,板子结构角度来分析
 
供电通道在保证通流与压降方面的情况下,没必要铺大范围,可能是引起不必要的麻烦。
<ignore_js_op> 3
这板子上的2.5V是芯片的供电,如图3红色圈出来那样,而这板子上的2.5V通道(蓝色部分)铺的到处都是,我认为不可取。
铜皮可以适当裁剪下,特别是miniSAS-HD 接口处的。
 
供电部分就这样了。
下边分析是叠层信息,下次见
 
下边看看叠层信息:
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正常关注点:叠层分配,每层厚度,整板厚度
高速关注点:叠层分配,材料,每层厚度,整板厚度,阻抗
 
叠层分配: 6层板,三层信号层,三层电源层
在后边信号分析中会分析下边这些有关叠层的问题:
6层叠层的分配为什么要这样分配top-gnd1-pwr-signal-gnd2-bottom,是从哪些方面来考虑?
板子线比较少,可不可以用4层板来做,应该是注意哪些方面?
 
每层厚度: 板材参数+ 线宽—>阻抗控制
整板厚度: 57.36(理想数据)实际62mil1.6mm
 
板材信息: FR408(可在isola官网上查到FR408的参数)            
板材选择方面信息,可搜关键字:如何选择高速板材(上,中,下)   
1)低损耗、耐CAF/耐热性及机械韧(粘)性(可靠性好)
      2)稳定的Dk/Df参数(随频率及环境变化系数小)  
      3)材料厚度及胶含量公差小(阻抗控制好) 
      4)低铜箔表面粗糙度(减小损耗) 
      5)尽量选择平整开窗小的玻纤布(减小skew和损耗) 
      6)用一般的制程即可加工(加工性好) 
      7)材料可及时获得性
      8)环保要求
 
叠层的设置是要综合很多方面来考虑设置的,要具体情况具体分析。
一般叠层设置考虑以下几个因素:BGA出线,电源的种类,阻抗控制,信号层与平面层参考,关键信号与电源的特殊要求,信号对板材的要求,叠层对称性,生产工艺
 
下边地址是一个板厂的一些叠层与阻抗设计的模板:
百度云: 链接: http://pan.baidu.com/s/1ntDze1z 密码: ae56
 
叠层基本看完了,下边就是重点的信号分析
 
叠层看完了,下边就是信号分析,这是这个板子的重点部分,我将会把差分线通道的细分成一个个单独的元素来分析
(因不是做信号分析的,不能仿真做到量化分析,只能定性分析,就算以后遇到这类问题,可以做到有印象,要注意哪些方面)
通道三元素:走线,过孔,焊盘
 
走线:
一:阻抗
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              图5
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              图6
如图5 6所示:差分线阻抗为100 Ohm 线宽线距:5-6.5-5mil
 
在这里就有一个问题了,因为在相同的铜厚,介质厚,参考层情况下,
不同的线宽线距能得到相同的阻抗值,应该怎么选择线宽线距,从哪些方面来考虑?
下列因素可以做为参考(分先后顺序):
1BGA出线
2PCB生产工艺情况(如设计的线宽太细了,不能生产或良率不高)
3:差分线本身因素(差模阻抗,奇模阻抗,偶模阻抗,从这些方面来考虑线的反射与串扰)
(《信号完整性分析》中有讲到这些概念与应用)

有差分,分开看就是单端阻抗了 ,如图6所示,
单段阻抗为 7.5milà50 Ohm top bottom
                7milà50Ohm  inner layer
 
在相同的铜厚,介质厚,参考层情况下,线宽确定后,单端阻抗,具有唯一性
在这有个问题,什么情况下在上边情况都确定的情况下,单端阻抗还会有变化?
 
二:等长(时序控制)
等长控制可以说是,差分线中最重要的控制手段,高于阻抗控制
 
等长没控制好,可能会出现收包问题,也可能因共模信号原因,搞的EMI问题。(理论上的单一元素考虑问题点)
 
等长可以分为:
1:整条通道的等长控制
2:整条通道中的某段走线的等长控制(一定走线长度下的,允许误差值(差分线拐角时引起的不等长))
等长这东西没什么好说的,很直观。
差值一般是5 10 20mil这些数值了,如果在有时间与空间的情况下,数值可越小越好了

因为等长控制,要会引发一个新的问题,差分线的耦合的情况,如图7所示的
红箭头所示,看看TI是怎么处理差分线耦合变化的
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                           图7
如图7所示的红箭头所示,在耦合发生变化时,Ti把差分线,单独的看成了一
个单端的线来对待的

走线就分析到这里了,这板子上关于走线还有一些小细节,可以借鉴的:
1:在线宽发生变化时,能够平滑过渡
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2:在线与焊盘连接时,也按非紧耦合时,按单端阻抗控制
<ignore_js_op>


好了,走线就分析到这样了,后边是VIA的分析。
 

 

在分析过孔前,还一个要补充说明上节走线时漏下的点,差分线内

等长绕线时,绕线的准则,如8所示

 

图8

?

过孔:

过孔对于PCB来说是一个连接相同信号不同层的桥梁

下边就用桥梁来类比过孔了

当一条路上,车都是小车,流量也不大时,可以用一座普通桥梁就

可以了(普通VIA)

当一条路上,车很多且川流不息,那就要保持整个通道的宽度不发

生变化了(高速VIA)

当一条路上,跑的车都是大车,那就要保持整个通道的最小宽度与

承载量了(电源VIA)

?

普通VIA与电源VIA没什么好说的,重点来分析高速信号下通道中

VIA的参数影响,还有一些注意点。

这节很多知识都是参考网络上的信号完整性分析下的结果,不过有

些经验,不要量化分析,也是可以直接用在平常的PCB设计中的。

?

首先下看下VIA的结构,如图9所示

 

? ? ? ? ? ? ?图9

包含有:过孔焊盘,板通孔,隔离盘

高速过孔,我们要保证它在整个通道的与其它元素的阻抗一致性,

就是从VIA的结构元素中,一个一个的优化它们,从而达到要求。

就是上边所说的过孔焊盘,板通孔,隔离盘这三个元素。

具体的优化过程,可以找些资料来看,因为我也不懂,我是应用为

主。有些资料应该可以分享:

Altera:? https://www.altera.com/content/dam/altera-www/global/en_US/pdfs/literature/an/an529.pdf

HFSS:? 有一个3D VIA生成插件(网络可以下载到,关键字:hfss 3d via Wizard)

?

现在来看来,TI的DEMO上是怎么处理的。

1:参考层的隔离圈,是差分对过孔共用一个椭圆型的隔离圈

(anti-pad)

?

 

2:差分对过孔旁边,都一个粉色过孔。这一对粉色过孔(GND网络

(广义一点,就是信号参考层的网络属性)),是为信号换层,提

供一个最近的回流路径(这一点很重要,也在大部分的高速PCB中

会频繁使用)

?

 

?

3:在PWR,signal层,如下图所示都有一个大椭圆隔离圈,就是把

差分对过孔和提供最近回流路径过孔与其实信号都做一定的隔离

(这图片一直上不了,可以在DEMO板上pwr,signal层做到具体形式)

?

4:在叠层那一节中,有提有俩个问题,关于叠层的安排问题,在

这里,来说说我的理解:

A:插件J2到U1的信号有点交错,所以走线就要有俩层,通过过孔

来调节线序,然后因为信号的原因,信号走线的每一层都必需要有

一个参考层来参考,所以要加俩个GND层,就4层了。然后再加

个PWR来走电源,其实这板子上的信号线都可以俩层走完,但为了

保持对称性与有钱任性,再加个signal层了。

B:还有个问题,用4层可以不可以?

?是可以的,但需要注意一些点

?假设叠层如:top-gnd-signal-bottom

1:差分信号的参考层(也就是说,要在bottom层的差分对上边的

参考层signal层处铺上GND铜皮,最重要的是还要打GND过孔,保持

优秀的连接性)

2:板子电源比较简单,完全可以在signal层,走出符合板子电源

要求的通道(必需要加强电源的通道上的滤波性能)

3:其它不太重要的走线,也可以走在signal层上

总结:最重要的是前面俩点,不能含糊。第三点可以折中处理

?

C:差分对为什么要走在top与bottom上,我可以不可以,走在内

层,叠层是这样的:top-gnd-signal-gnd-pwr-bottom,差分信号

走在top 与signal上?

可是可以,这样的走线,会引发一个新的问题via-stub(如图9所

示的过孔残桩),要解决这一问题,要加一个生产工序(背钻,把

过孔残桩给钻掉)

 

关于这方面的资料,搜索关键字:via stub, back drill

Altera:? https://www.altera.com/content/dam/altera-www/global/en_US/pdfs/literature/an/an529.pdf

?

5:过孔在通道等长处理时,也是一个不能忽略的元素,allegro中

有加入VIA数据来计算通道长度的选项。

这个选项正确应用的前提是,你在软件中的叠层设置要符合板子的

实际情况,不然的就,就算计算出来,也是错的。

?

过孔就到这里了,下面是焊盘的一些分析

 

 

焊盘:
焊盘的首要作用是保证,元件可以完整正确的焊接到PCB上,然后才考虑焊盘在高速通道中对信号的影响。
焊盘可以分俩类来看:贴片焊盘可以看作导线
                                插件焊盘可以看作过孔
这样来看,上边俩节走线与过孔的也可以看作焊盘的分析,一些应用手段也可以用在焊盘上。
 
插件焊盘:
插件焊盘的结构与参数分析可以参考过孔分析那一节。其实到了应用这种超高速场合的插件,
插件公司已经全面考虑了插件各因素对信号的影响,所以如果能够拿到插件公司的封装,
尽量用他们的封装。
关注下插件的信号分配:
 
<ignore_js_op>
              图10
从图10所示的,每对差分线焊盘旁边,都有GND信号(粉红色焊盘)焊盘来提供最近回流路径,
和在过孔分析那节看到的在差分过孔放GND过孔是一样的作法
<ignore_js_op>
                 图11
从图11所示,在差分信号参考层也有椭圆隔离圈
 
<ignore_js_op>
                    图12
找找不同点吧,如图12所示,看PWR层,插件焊盘与PWR层的 VDD电源信号铜皮的间距,
有点小,在过孔分析那节,有看到,过孔与旁边的GND过孔都有提供椭圆隔离圈,
在插件焊盘处,没那样处理,有点看不懂,按规则,也应该也差分过孔处一样处理。
当然有一个说法也可能是正确的,因为过孔与插件焊盘的参数是不一样的,
为了保持阻抗的一致性,只有从其它方面来优化插件焊盘的参数来达到目的的。
这个问题,请保持有自己的判断看法。
 
下边是贴片焊盘的分析

 

 
 
原文地址:https://www.cnblogs.com/AijunHe/p/6700563.html