Ken的博客系列之二 | 千兆位串行链路接口的SI方法

16 Aug 2019 • Less than one minute read

作者：Ken Willis

假设我们正在致力于PCI Express Gen 4串行链路的研发，数据的传输速率为16Gbps。再假设我们能够获得供应商提供的AC耦合电容、封装和连接器的模型，以及来自SerDes接收端的IBIS-AMI模型。接下来还需要PCB的走线和过孔模型，以及发射端的IBIS-AMI模型。假设供应商暂时无法提供这些数据，那就让我们先来解决PCB架构的问题吧。

PCB互连的预布局建模

PCB走线的建模可以从获取层叠结构开始，包括串联链路差分对的材料、电介质和导体厚度、阻抗、线宽以及间距。接下来，需要确定串行链路（通常与接地层相邻）的主要布线层，以便您可以生成适用的微带线或带状线模型。有了这些信息，下一步就是估算互连的长度。从这个层面上来讲， “布局规划” 或PCB的粗略布局是很有用的。您可以通过平面布局工具输入基本的PCB轮廓、层叠结构，从封装库中提取部件，甚至可以定义一些简单的网络，所有这些都没有一个正式的设计、完整的原理图或网表。

布局规划时，不要忘记AC耦合电容。它们将被放置于电路板的顶层、在SerDes器件附近、还是与大部分其它分立元件一起位于电路板的背面？这种选择会导致不同的过孔配置，所以在这一点上需要仔细考虑。在整个系统设计中，表面贴装连接器也属于这一类。

从平面布局中，找到串行链路的曼哈顿长度作为初始的PCB长度。将这些信息输入到SI工具中，为PCB的主要布线生成一个W-element模型，并将其放入SI的仿真平台。

图1：提取平面布局的曼哈顿长度进行布线前的走线建模（点击查看大图）

对仿真平台所需的其他走线模型也重复此过程，包括微带线的扇出走线、连接到AC耦合电容任一侧的走线等等。

使用PCB上的通用走线模型后，我们将开始关注过孔。过孔是板上几十或数千兆位串行链路的重要组成部分。它们通常代表整个信号路径中最大的“速度突变点”，优化这些过孔设计使其插损和回损最小，对高速率传输数据至关重要。在一些特殊情况下，可能通过仅有微带线的布线消除过孔，但通常不会这样做。高数据速率串行链路的过孔数量当然应该尽量减少，但通常无法被完全消除。

图2：过孔不连续性“速度起伏”（Tektronix提供，点击查看大图）

钻孔直径、焊盘尺寸、反焊盘设计以及接地通孔都是设计中的关键因素。过孔的一个重要考虑因素是分支线长度，或者说是信号过孔的未使用部分，这可能引起信道中信号的反射。通过仔细选择布线层、利用盲孔或背钻等技术可以有效的控制分支线的长度。

图3：通过结构参数进行优化（点击查看大图）

关键参数的自动扫描可以显著加快串行链路的过孔优化设计。一旦确定了所需的过孔结构，就需要确认并将其应用在PCB的布线当中。传递这些过孔设计参数的自动化机制是非常有效的，可以确保它们在物理布局中按照预期实现，成为“正确的设计”，并且使过孔对最终眼图的影响最小化。

下一篇：IBIS-AMI建模

*原创内容，转载请注明出处：https://community.cadence.com。

space