前言

在這一期的Samtec虎家大咖說(shuō)節(jié)目中，Samtec信號(hào)完整性（SI）和電源完整性（PI）專家Scott McMorrow、Rich Mellitz和Istvan Novak回答了觀眾的提問(wèn)。與會(huì)者提出了關(guān)于信號(hào)完整性和電源完整性設(shè)計(jì)的問(wèn)題，這些問(wèn)題反映了一些新興的工程挑戰(zhàn)。Scott、Rich和Istvan在回答中強(qiáng)調(diào)了嚴(yán)格分析、細(xì)節(jié)工具表征以及深入理解基本原理的重要性。

照例，我們截取了部分討論的重點(diǎn)內(nèi)容。一如既往，分享給大家，希望拋磚引玉，帶來(lái)一些不一樣的思考。

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讓我們以一問(wèn)一答，開(kāi)啟本次技術(shù)分享~

SI和PI設(shè)計(jì)的推薦裕量是多少？

SI/PI設(shè)計(jì)所需的裕量在很大程度上取決于具體的項(xiàng)目要求和積累的經(jīng)驗(yàn)。

雖然實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）可用于分析測(cè)量參數(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量和良率的關(guān)系，但必須考慮關(guān)于可接受缺陷率的業(yè)務(wù)決策。一些工程師依靠直覺(jué)或大量測(cè)量活動(dòng)來(lái)理解這些關(guān)系。最終，確定必要的裕量是分析、經(jīng)驗(yàn)和業(yè)務(wù)目標(biāo)的復(fù)雜相互作用。

垂直功率傳輸何時(shí)比水平傳輸更有優(yōu)勢(shì)？

盡管垂直功率傳輸對(duì)大電流設(shè)計(jì)有優(yōu)勢(shì)，但其廣泛應(yīng)用取決于支撐基礎(chǔ)設(shè)施和組件的可用性。隨著設(shè)計(jì)中的電流需求達(dá)到數(shù)百安培級(jí)別，預(yù)計(jì)會(huì)有一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)渡。垂直放置的標(biāo)準(zhǔn)化封裝尺寸和技術(shù)成熟度等因素也在決定平衡點(diǎn)方面發(fā)揮作用。目前，它實(shí)際上仍處于實(shí)驗(yàn)階段。

增材制造如何用于信號(hào)完整性設(shè)計(jì)，其局限性是什么？

目前，SI設(shè)計(jì)中的增材制造主要用于創(chuàng)建互連、替代連接器和制造小批量PCB原型。然而，3D打印組件的材料特性給高速、低損耗互連帶來(lái)了挑戰(zhàn)。導(dǎo)電性、尺寸精度、可重復(fù)性和表面粗糙度仍然是信號(hào)路徑中高頻性能的重大問(wèn)題。

不過(guò)，屏蔽方面確實(shí)存在機(jī)會(huì)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，可打印材料和工藝控制的進(jìn)步可能會(huì)擴(kuò)大增材制造在SI設(shè)計(jì)中的適用性。它有很大的潛力，但一旦解決了性能問(wèn)題，批量生產(chǎn)的挑戰(zhàn)可能仍然存在。

模擬SI/PI的挑戰(zhàn)是什么，如何確保準(zhǔn)確性？

準(zhǔn)確模擬需要仔細(xì)考慮各種因素，包括模型準(zhǔn)確性、計(jì)算資源和現(xiàn)代系統(tǒng)的復(fù)雜性。由于難以同時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的各個(gè)方面，模擬變得至關(guān)重要。

然而，必須根據(jù)已知基準(zhǔn)和物理測(cè)量對(duì)模擬器進(jìn)行表征，以了解其誤差范圍和局限性—— 這一點(diǎn)再怎么強(qiáng)調(diào)也不為過(guò)。這種表征過(guò)程有助于避免不準(zhǔn)確的結(jié)果，并確保模擬準(zhǔn)確反映系統(tǒng)的實(shí)際行為。

為什么沒(méi)有PI的正式規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)？

建立電源完整性的正式標(biāo)準(zhǔn)具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)楹茈y對(duì)電源分配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行局部化分析。與可以隔離信號(hào)的信號(hào)完整性不同，電源分配會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)。此外，硅和封裝設(shè)計(jì)信息（這對(duì)準(zhǔn)確的電源完整性分析至關(guān)重要）通常是專有的，制造商不易共享。

電源分配網(wǎng)絡(luò)缺乏標(biāo)準(zhǔn)化，使得難以定義普遍適用的測(cè)試點(diǎn)或合規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。

在BGA封裝中，將電源焊球放置在差分對(duì)信號(hào)焊球旁邊會(huì)有什么后果？

將電源焊球直接放置在差分對(duì)信號(hào)焊球旁邊會(huì)對(duì)信號(hào)完整性產(chǎn)生負(fù)面影響。這種配置會(huì)破壞信號(hào)的局部返回路徑，導(dǎo)致耦合到電源傳輸網(wǎng)絡(luò)中。這可能會(huì)引入噪聲并降低信號(hào)性能。

如果必須這樣做，請(qǐng)確保對(duì)稱放置，并使用地來(lái)傳輸瞬時(shí)返回電流。理想情況下，接地焊球應(yīng)圍繞差分對(duì)，以實(shí)現(xiàn)最佳信號(hào)完整性。

專注高速串行鏈路的SI設(shè)計(jì)人員，優(yōu)先關(guān)注設(shè)計(jì)的哪些關(guān)鍵方面？

從事高速串行鏈路設(shè)計(jì)的新晉SI設(shè)計(jì)人員應(yīng)優(yōu)先了解過(guò)孔的設(shè)計(jì)和特性。掌握過(guò)孔特性、間距、阻抗控制和板內(nèi)能量抑制對(duì)于高速設(shè)計(jì)至關(guān)重要。當(dāng)在靠近射頻或電源電路的地方設(shè)計(jì)以及處理 EMC/EMI 時(shí)，這一點(diǎn)變得更加重要，但所有的局部化工作都將幫助您了解那里發(fā)生了什么。

鑒于集成電路處理的現(xiàn)代信號(hào)處理的復(fù)雜性，專注于過(guò)孔優(yōu)化和最小化信號(hào)失真成為關(guān)鍵專業(yè)領(lǐng)域。“遠(yuǎn)離嘈雜的開(kāi)關(guān)，”Rich Mellitz 說(shuō)。

在PCB邊緣附近布線DDR信號(hào)有什么影響？

在PCB邊緣附近布線DDR信號(hào)可能會(huì)由于反射和串?dāng)_而增加信號(hào)完整性問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。電路板的拐角和邊緣充當(dāng)電源和接地平面的不連續(xù)點(diǎn)，導(dǎo)致信號(hào)反射。在這些邊緣附近放置過(guò)孔會(huì)加劇問(wèn)題。

此外，邊緣附近接地過(guò)孔的密度降低，限制了信號(hào)的返回路徑，增加了串?dāng)_的可能性。

底線：將過(guò)孔遠(yuǎn)離邊緣和拐角，以避免串?dāng)_（因?yàn)檫@是我們返回路徑接地較少的區(qū)域）。