分离面模型 - 使用PAM4实现印刷电路板的优化

图9中的TDR和Sdd21曲线证实了非固体参考面对讯号完整性的负面影响，跨越分离面会产生更大的电感阻抗不连续性，进而导致更高的插入损耗。因此，确保固体参考面覆盖整个走线长度路径十分重要。

公式中：L = 铜走线的寄生电感(nH)； d = 铜走线和参考底面之间的距离(cm)； w = 铜走线宽度(cm)； t = 铜走线厚度(cm)； x = 铜走线长度(cm)。

图9 Keysight EMPro中差分走线跨越分离面的模型。

5.最大限度减少讯号串扰串扰会引起受扰讯号出现噪声感应，从而导致接收集成电路的误码增加。因此，带状在线使用非交叉布线，因为FEXT相比NEXT更低；而在微带在线使用交叉布线，因为与FEXT相比NEXT更低。除此之外，差分对间间隔应至少是走线宽度的三倍。

6.差分对内偏移印刷电路板走线中的差分对内偏移会带来更高的插入损耗，从而增加物理层链路的误码率。由于反相和非反相讯号的相位并不是正好相差180度，所以差分模式中的眼图高度会变小。图11中的Sdd21曲线显示了差分对内偏移对讯号完整性的影响，偏移越大，插入损耗越高。因此，每个物理层链路的差分对内偏移都应限制在5mil以内，以减少传输损耗，可以使用蛇形布线技术来最大限度减少偏移。

图10 使用Keysight EMPro模拟、带固体参考面并跨越分离面的500mil长印刷电路板走线的TDR和Sdd21。

图11 使用Keysight ADS模拟、具有不同差分对内偏移的8英吋长印刷电路板走线的Sdd21。

7.光纤编织印刷电路板介电基片由编织玻璃纤维与环氧树脂结合组成。图12是使用显微镜看到的、采用纤维编织样式106和7628制成的印刷电路板基片的俯视图，浅棕色粗线是玻璃纤维编织部分；黑色的方块是环氧树脂。编号更高的玻璃纤维样式，如7628，可以实现更密集的玻璃纤维编织。

图12 印刷电路板的介电基片是利用玻璃纤维样式106和7628编织的纤维织物。

玻璃纤维与环氧树脂的介电属性截然不同。例如，NE玻璃纤维的介电常数(Dk)和损耗正切(Df)分别为4.4和0.0006；E玻璃纤维的Dk和Df分别为6.6和0.0012，而环氧树脂的Dk为3.2，远远低于玻璃纤维的对应值。当使用较为稀疏的纤维编织做基片时，印刷电路板走线能够更频繁地穿过树脂和玻璃纤维的不同区域，结果就是，讯号沿着走线从发送端传输到接收端，其速度或传播延迟经常会发生变化。它们之间的关系可以透过公式9来说明。

使用PAM4实现印刷电路板的优化

公式中：V = 讯号在印刷电路板上的速度(英吋/ns)； C = 光速(约12英吋/ns)； Dk = 介电常数。

这种情况为50Gbps讯号传输带来了巨大挑战。例如，在最坏情况下，非反相讯号走线可能穿过玻璃纤维但没有穿过环氧树脂，而反相讯号的走线可能穿过很多树脂区域。结果，由于反相讯号遇到不断变化的传播延迟，非反相讯号与反相讯号之间的相位差在接收端一般会远远小于180o。上升端和下降端之间的大偏移或错位，导致眼图宽度和高度减少，而且，接收端会出现高误码率。因此，解决办法就是采用更密集的纤维编织。

布局后的通道仿真

一旦按照上述关键实践完成了印刷电路板布局设计，布局档将导入Keysight EMPro进行3DEM模拟。选择图13中突出显示的8英吋长差分走线进行s参数抽取，将其导入Keysight ADS进行布局后PAM4通道仿真。图14中的插入损耗曲线显示提取的差分走线符合规定的阈值，即在14GHz时低于10dB；在28GHz时低于20dB。

图13 选择差分走线用于3DEM模拟。

图14 印刷电路板上所选PAM4差分走线的插入损耗曲线。

图15显示使用Keysight ADS生成的通道分析拓扑，两个25GBaud/s的PAM2讯号注入压控电压源以生成PAM4讯号。PAM4波形的传播路径为：发射端封装、8英吋PCB走线(即图13中显示的传输线)、接收端封装，最后是接收端。在发射端，讯号幅度和上升/下降时间分别为1.2Vpp和16ps。

图15 使用Keysight ADS在25GBaud/s下进行布局后PAM4通道仿真。

PAM4讯号的最小眼宽和眼高分别为1/4单位间隔(即25GBaud/s数据速率下为10ps)和50mV。如图16所示，PAM4眼图有4个数字幅度电平，因此有3个眼图。在启用决策回馈均衡(DFE)前，接收端讯号的眼高和眼宽分别为60mV和14ps，一旦启用接收端的6接头DFE，眼图几乎变大一倍(即140mV眼高和23ps眼宽)，结果符合指南中的技术指针。均衡方案的选择和接头的调节很大程度上取决于通道的插入损耗或频率响应。本文进行了多次尝试来获得更好的开眼结果。

图16 从图15中的通道仿真结果得到的接收端眼图。