电源完整性关键设计实现介绍

合电容表面贴装焊盘使用的铜片更宽。例如，0402封装中的电容贴装焊盘宽度为20mil，而0603封装的焊盘宽度为30mil。图5显示与100Ω差分走线(differential trace)串联的电容器表面贴装焊盘的3D模型，从图中可以看出，沿着这些6mil宽的铜片走线传播的讯号，一旦到达更宽的铜片焊盘(例如0603封装的30mil宽度)，会遇到阻抗不连续性。根据公式6和7，铜片的横截面积越大，电容就越大，导致传输线特征阻抗出现电容不连续性(如下降)。

图4 盲孔或反钻孔。

图5 使用Keysight EMPro建模电容表面贴装焊盘与差分走线串联。

从图6的时域反射计(TDR)和Sdd21曲线可知，焊盘越宽，阻抗不连续性就越大，这种不连续性会产生更严重的讯号反射，进而引起更大的插入损耗。0603和0402在14GHz时的衰减分别为1.2dB和0.4dB，至少两倍于0201(即0.2dB)的情况。因此，设计师应该使用封装更小的电容器，例如0201(即10mil宽焊盘)来最大限度减小不连续性。

公式中： Lo = 传输线单位长度的固有回路电感(nH/cm)； Co = 传输线单位长度的固有电容(pF/cm)； Zo= 特征阻抗(Ω)；

公式中： C = 电容(pF)； Εr = 基片的相对介电常数； εo = 真空介电常数； w = SMT焊盘宽度(cm)； l = SMT焊盘长度(cm)； d = SMT焊盘和参考面底部之间的距离(cm)。

图 6及7 使用Keysight EMPro模拟不同表面贴装焊盘宽度的TDR和Sdd21与500mil长的印刷电路板走线串联。

4.提供连续参考面 当印刷电路板走线跨越2个分离平面之间的间隙时(图7粗黑线所示)，会遇到电感阻抗不连续性或瑕疵参考。这一现象可用公式6和8分别确定。为了研究瑕疵参考的影响，在EMPro中建立并模拟跨越分离平面的传输线3D模型，如图8所示。微带差分走线跨越了100mil长和250mil宽的间隙，间隙深度为微带差分走线与第三层固体面的间距，跨越间隙时，走线与参考底面之间的距离会增加(即电流返回路径变长)，导致电感升高，从而引起间隙的走线阻抗增加。

图8 印刷电路板俯视图—讯号跨越分离面。

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。

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