高速差分过孔特性研究

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一博科技自媒体高速先生原创文 | 黄刚
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% g/ s, r# Y% a- E& j对于SI工程师而言，没有什么事情比把PCB结构的仿真结果和测试结果拟合上更令他们感到开心的了。因为能做到这一步，说明了仿真的可靠性，进而可以通过仿真解决大部分的问题，这可谓是PCB行业的一大福音。
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这也是我们高速先生一直以来的梦想，仿测拟合，虽然只是很简单的四个字，但是需要包含的理论知识，软件使用以及测试方法却需要很长时间的积累。高速先生也在这方面一直在做深入的研究，发现这的确是一个苦差事。刚好今年的文章中就有一篇讲得比较透彻的仿真测试拟合的案例，下面我们一起来看看。
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题目有点长，但是也很容易理解，讲的就是对差分过孔的分析，分析的方法就是通过仿真和测试进行拟合。


大家可能觉得无非就是一对过孔嘛，会3D仿真的人不用半天就能把它建模出来，测试嘛，投一块测试板，然后把这对孔做上去，通过网络分析仪一测不就OK了吗。恩，总体思路的确是这样，但是随着文章的深入你会发现就有一些因素实际上很难去把控。
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文章的开场白，首先是对过孔的特性进行一番介绍，例如过孔的危害是怎么样的，会影响阻抗啦，会减缓上升时间之类。
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然后给出的总体思路与大家的不谋而合，你会发现除了我们上面说到的那几个核心步骤之外，还多了一些有的朋友可能没听过的步骤，例如de-skew、de-embedding等等，这都是测试中会遇到的专业术语，我们这里先不讲，卖个关子哈。

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本文需要进行仿真测试对比的是一对从L7层换到L16层的过孔，通过做一根L7层和L16层的走线把两边去嵌掉，得到我们所关心的过孔结构参数。
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在去嵌之前，作者先用网分测试出上面三个结构的参数，结果似乎有点奇怪。为什么L16层的走线损耗差得那么厉害，甚至比多一对孔的L7转L16的结构还差呢？这说不过去啊！
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当作者看到上面结果的模态转换也是L16层比较差的时候，大概知道了原因，肯定是由于这对差分线的P和N之间有延时差，也就是skew造成的。然后立马把L7和L16的走线的P和N单端线的延时拿出来一比，果然证实了这一点。L16层的P和N的延时非常的大，因此造成了损耗在高频的急剧下降。
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如果大家没注意这一点，直接拿来去嵌的话会怎么样呢？很可能会得到一个错误的S参数，高于0dB。
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( I& s$ J' x. R, h1 t  _为什么P和N会有那么大的skew？主要原因还是由于玻纤效应的影响。L7层和L16层其实都遇到了玻纤效应，只不过程度不同而已，这也从侧面说明了玻纤效应的概率性。
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如同前文所说，如果我们就这样去嵌的话，得到了所谓过孔的结果就是下图这样的。

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. q/ L5 K$ \3 n( a- H: v$ O那我们应该怎么办呢？难道需要重新再投一板测试板？先不用哈，我们看看能不能在当前测试数据的情况下做一些优化，把skew给去掉，也就是de-skew了。


9 a% I8 g5 U/ `/ F, B这是本文最核心的内容，也是最难理解的一步。它通过损耗与相位之间的公式，从中反推出相位差，然后通过补偿的方式把两边的skew抹平。


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3 v& {3 K' s+ o# e: _* z" B完成这一步运算之后，再来看优化后的测试数据，就会发现，skew的影响基本没有了。
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优化后的损耗测试结果就和我们预期的比较吻合了。
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7 l! K0 T( B0 _* `& _4 e% A6 R; Q8 C这个时候再去通过相关去嵌软件，就能真正的进行去嵌，得到过孔的真实参数。
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- Y8 `- ~- ?1 w  \8 m$ c7 J有了测试结果，后面就要进行仿真了。仿真相对难度小一点，通过对过孔的几个参数进行扫描，考虑一定的加工误差之后，就能确定一组加工后的参数值，从而使过孔的仿真结果和测试结果达到基本的吻合了。
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好，篇幅关系，本文的主要内容就和大家分享到这里了。
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