作者:黃剛

一個“xue淋淋”的案例告訴大家:正確的原理圖不一定就能產生正確的PCB設計。

原理圖設計與PCB設計都是研發流程中的必經階段,我們知道,原理圖設計是PCB設計的前端流程,之前的案例也分析過一個錯誤的原理圖必然會導致一個錯誤的PCB設計,但是一份正確的原理圖就一定能得到一個正確的PCB設計嗎?

這次介紹一個視頻傳輸模塊的設計案例,通常采用的是SDI的接口,速率倒不像通信行業那么高,一般以6G到12G這個區間的速率為主。該單板是從FMC芯片經過均衡器轉換成單端75歐姆走線,然后進入BNC連接器,最后通過cable連接到設備端。客戶目標的速率是6．25Gbps,值得提出的是,PCB也是客戶公司自己設計的,只是在我們這里進行加工哈。

本來看上去速率不算太高,設計難度應該不會很大,但是板子加工出來,客戶進行測試的時候卻出現了大問題。下面這張圖是客戶告訴我們的信息及測試的眼圖結果,客戶在BNC連接器后進行測試,發現6．25Gbps速率下眼圖是閉合的,而實際的功能測試也表明6．25G速率不能工作,只能降頻再降頻到1．25G那么低速的時候才OK。于是客戶就求助我們高速先生,看看能不能找到原因。

問題很清晰,答案卻很模糊。包括客戶和我們的設計工程師都第一時間認為是均衡器前的這段100歐姆差分線是不是走線有點長損耗有點大導致的呢?

然而高速先生是理智的,從走線長度來看才不到3inch,走線損耗不會是問題,而且焊盤過孔電容這些地方還做了優化,阻抗一致性也不會差。另外從均衡器輸入后測試發現還有不錯的眼圖也能證明損耗不會很大。因此看起來最有可能的一個猜測應該是要被pass掉了。

有了之前原理圖可能會出問題的經驗,高速先生也慢慢關注起原理圖的設計來了,于是在聽取了客戶提供的信息后,我們拿到了客戶的原理圖來檢查下,結果發現原理上應該沒太大的問題。均衡器接收后把100歐姆的差分線轉換成75歐姆的單端線,原理還是比較清晰的。

但是高速先生依然發現了一些非常規的設計,細看75歐姆單端輸出的走線部分,客戶還進行了通過磁珠進行下拉的操作,應該是用于抗干擾方面的設計理念。高速先生立馬感覺到了一絲絲貓膩,于是把重點放在這個位置上,去對比下原理圖設計和實際PCB設計的情況。

果真有了驚人的發現,從原理圖的下拉理念到PCB的實現肯定是需要通過走線連接到磁珠再進行下拉的。于是我們就看到了如上圖所示的在BNC接口位置通過走線連接到磁珠再進行下拉的操作。高速先生憑借之前累積的經驗就立馬斷定了這個位置就是出問題的地方,在原理圖上只是一根理想的連接線,但是到了PCB設計上就立馬變成了200多mil的stub,理想和現實存在著看起來影響不大但是實際上影響很大的差距!

200多mil的stub絕對會影響6．25Gbps這個速率的信號性能了。高速先生認為問題的答案已經找到了,那么如何讓客戶相信呢?一般客戶是比較謹慎的,除非有很明確的答案,否則客戶也不敢貿貿然的進行改板,于是高速先生看看能不能在現有的板子上進行debug驗證。高速先生仔細琢磨了PCB文件后,提出了一個有趣的想法。

因為75歐姆走線剛好是走線表層線,于是給這個想法的實施提供了可能性。我們建議的方法也很簡單而通俗,就是用刀直接劃斷BNC接口位置處對于的stub走線,就像上圖標注的那個位置。至于刀嘛,隨便像這種刀都是可以的啦!

客戶按照高速先生的建議進行這個操作后,得到了驚喜的效果!系統能成功運行到6．25Gbps這個速率了。

這個案例的分享就到這里了哈,明槍易躲暗箭難防,有時候PCB設計上的stub非常的隱蔽,稍有點大意的話,就會陷入到stub中而不自知。原理圖上的描述真正到了PCB設計還是有很多可能性,到了高速時代后,任何一段原理圖上理想的走線在PCB上都變成了不理想的走線,帶來各種意想不到的高速問題。因此PCB工程師也需要不斷積累經驗以及理論知識,才能在高速時代立于不敗之地哈!

審核編輯：符乾江