千兆位設備PCB的信號完整性設計

　　過孔模型的獲取有兩種方法，一種是通過測試例如通過TDR來獲得,另一種可以通過3D的場提取器(Field Solver)根據過孔的物理結構來提取。

　　過孔模型參數與PCB的材料、疊層、厚度、焊盤/反焊盤尺寸、以及與其連接的連線的連接方式有關。在仿真軟件中，根據精度要求可以設置不同的參數，軟件會依據相應的算法提取過孔的模型并在仿真時考慮其影響。

　　在千兆位系統PCB的設計中尤其要考慮連接器的影響，現在高速連接器技術的發展已經可以很好地保證信號傳輸時阻抗與地平面的連續性，設計中對連接器的仿真分析主要采用多線模型。

　　連接器多線模型是在三維空間下，考慮管腳間的電感和電容耦合提取出來的模型。連接器多線模型一般使用三維場提取器提取出RLGC矩陣，一般是Spice模型子電路形式。由于模型結構復雜，提取和仿真分析時都需要較長的時間。在SpecctraQuest軟件中，可以把連接器的Spice模型編輯成Espice模型，賦給器件或直接調用，也可以編輯成DML格式的封裝模型賦給器件使用。

　　差分信號及布線考慮

　　差分信號具有抗干擾強、傳輸速率高的優點，在千兆位信號傳輸中，可以更好降低串擾、EMI等的影響，其耦合形式有邊沿耦合與上下耦合、松耦合和緊耦合等形式。

　　邊沿耦合與上下耦合相比具有更好降低串擾、布線方便、加工簡單等優點，上下耦合更經常應用于布線密度大的PCB 板。緊耦合相對于松耦合具有更好的抗干擾能力，并能減小串擾，松耦合則可更好控制差分走線阻抗的連續性。

　　具體的差分走線規則要根據不同的情況考慮阻抗連續性、損耗、串擾、走線長度差異等的影響。差分線最好用眼圖來分析仿真結果。仿真軟件可以設定隨機序列碼產生眼圖，并且可以輸入抖動與偏移參數分析其對眼圖的影響。

　　電源分配與EMC

　　數據傳輸速率的提高伴隨著更快的邊沿速率，需要在更寬的頻帶內保證電源穩定性。一個高速系統可能會通過瞬態10A的電流，并且要求電源最大紋波50mV，也就是說要保證一定頻率范圍內電源分配網路的阻抗在5mΩ以內，例如信號的上升時間小于0.5ns，要考慮的頻寬范圍達1.0GHz。

　　在千兆位系統設計中，要避免同步噪聲(SSN)的干擾，保證電源分配系統在帶寬范圍內具有較低阻抗。一般在低頻段，采用去耦電容降低阻抗，高頻段主要考慮電源、地平面分布。圖4顯示了電源、地平面層考慮去耦電容和沒有考慮去耦電容影響時，阻抗變化的頻率響應圖。

　　SpecctraQuest軟件可以分析由于封裝結構造成的同步噪聲的影響，其中的Power Integrity(PI)軟件采用頻域分析電源分配系統，可以有效地分析去耦電容數量與位置以及電源、地平面的影響效果，幫助工程師進行去耦電容選擇以及放置位置、布線和平面分布分析。

　　EMC即電磁兼容性，產生的問題包含過量電磁輻射及對電磁輻射敏感性兩方面。它產生的主要原因是電路工作頻率太高以及布局布線不合理。目前已有進行EMC仿真的軟件工具，但EMC的問題可以由許多電磁方面的原因引起，仿真參數和邊界條件設置很困難，這將直接影響仿真結果的準確性和實用性。最通常的做法是將控制EMC的各項設計規則應用在設計的每一環節，實現在設計各環節上的規則驅動和控制，設計完成測試驗證后又可以形成新的規則應用到新的設計中。