芯耀
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公眾號 | 高速先生，作者 | 黃剛
長通道的阻抗一直往上竄這個(gè)事情其實(shí)不是個(gè)別現(xiàn)象了，相信大多數(shù)做高速串行信號的朋友，尤其是做背板系統(tǒng)的朋友都深有體會，在超過例如10inch走線的時(shí)候，如果你們?nèi)y試加工出來的差分線的TDR阻抗，就很容易看到以下的曲線。
設(shè)計(jì)的是100歐姆的差分阻抗線，在測試初始位置的確也是符合100歐姆，但是不知道咋滴，走線越往末端去，阻抗就越高。最后到達(dá)這對走線末端的時(shí)候居然超過了110歐姆！這下完了，這對走線的阻抗不滿足10%的加工公差了，大家是不是就會覺得加工出來的這對差分線有問題了，估計(jì)不能滿足你們10G或者25G的高速傳輸要求了？！
反正最近就有很多客戶來問Chris這個(gè)事情了。Chris每次都耐心的安慰他們要淡定，這個(gè)完全沒問題，阻抗做得很好。但是對于阻抗曲線先入為主的他們來說，這種安慰似乎沒太多實(shí)質(zhì)上的效果，哪怕他們已經(jīng)進(jìn)行了功能測試沒問題，仍然繼續(xù)擔(dān)心，覺得這次只是運(yùn)氣好，裕量勉強(qiáng)還夠，下次就不一定了。
前段時(shí)間Chris的確也很忙，也就只能這樣心理安慰了。最近緩過來一點(diǎn)了，那就決定把這個(gè)事情一次說明白，讓大家徹底的安心哈！
從哪開始講呢？那就從為什么你們會看到這種現(xiàn)象開始講吧。有時(shí)候測試的差分線的阻抗就不會竄得那么高，有時(shí)候就竄得很高，不知道大家有沒有找到一些共性的特點(diǎn)啊！Chris先告訴大家一個(gè)非常明顯的設(shè)計(jì)區(qū)別點(diǎn)，那就是走線的長度。走線短的，一般都竄不高，走線越長，竄得越高！Chris給大家做個(gè)簡單的仿真看看哈，假設(shè)我們設(shè)置一個(gè)內(nèi)層的傳輸線疊層，使得差分線在線寬5mil，間距9mil的情況下滿足100歐姆的阻抗要求。
首先我們設(shè)置這對差分線的線長為5inch，這種case下我們進(jìn)行一個(gè)TDR阻抗的仿真，就會發(fā)現(xiàn)這對5inch的走線阻抗就從一開始的100歐姆，上漂到102歐姆多，上漂幅度大概2歐姆多的樣子。
那如果我們把同樣的這對差分線的長度設(shè)得更長，例如是之前的3倍，設(shè)到15inch時(shí)，再次進(jìn)行同樣的TDR阻抗仿真，就會發(fā)現(xiàn)阻抗上漂了6個(gè)多歐姆，變大了！
細(xì)心的朋友可能就發(fā)現(xiàn)了，感覺走線越長阻抗上漂的幅度就越大！如果你再細(xì)心一點(diǎn)，你甚至能發(fā)現(xiàn)和走線長度是線性成正比的哦！5inch走線上漂2歐姆多，15inch走線就上漂它的3倍，6歐姆多！
那這個(gè)阻抗上漂到底是由什么因素引起的呢？真的是因?yàn)椴罘志€的阻抗沒做好導(dǎo)致的嗎？如果是阻抗的因素導(dǎo)致的，這里有三點(diǎn)是說不通的。一是阻抗沒做好的話會那么線性的上升嗎，更多情況下不是應(yīng)該一段高一段低，或者整段都高才是？二是，阻抗沒做好的阻抗曲線剛好就和長度成正比了，那么巧合的嗎？三是，明明我在上面的仿真中傳輸線是按照100歐姆來設(shè)計(jì)的啊，是個(gè)理想仿真值啊，只是仿真，都沒涉及到加工誤差，為什么也還要上漂呢！
所以怎么說感覺也不會是阻抗加工沒做好導(dǎo)致的阻抗上漂，那到底是什么原因呢？這個(gè)時(shí)候我們?nèi)パ芯苛硗獾囊粋€(gè)物理概念，那就是我們初中學(xué)的那個(gè)歐姆定律里面的電阻這個(gè)概念！我們還是對上面的5inch和15inch的差分線去仿真它的電阻值！用的就是初中學(xué)的歐姆定律，我們給這對差分線一個(gè)電壓V1，然后觀測經(jīng)過它的電流I，這個(gè)時(shí)候用V1/I就得到了差分線的電阻值！再提醒一次哈，是電阻，不是阻抗！
5inch差分線的直流電阻R大家有預(yù)想過是什么量級的嗎？沒錯(cuò)，不是別人，正是你從TDR阻抗曲線中看到的上漂的量，2.261歐姆！
同樣，15inch走線的直流電阻也可以仿真出來，就是5inch走線的3倍，6.784歐姆。也就是15inch的TDR阻抗曲線的上漂量！
哦！聽Chris這么一說，好像懂了，TDR阻抗的上漂量其實(shí)是傳輸線的直流電阻搞得鬼哈！從理論的仿真中就能看出來，哪怕是100歐姆的理想傳輸線也存在著阻抗上漂的效應(yīng)，和所謂的加工阻抗波動壓根扯不上關(guān)系！那大家還是會問了，雖然不是阻抗沒做好導(dǎo)致的，那么這種阻抗上漂到底對高速的性能有沒有影響啊？
其實(shí)從定性來理解你就知道不會影響高頻的性能了，畢竟它只是直流電阻，壓根和頻率無關(guān)！我們無論是看5inch還是15inch的這對差分線的回波損耗就會發(fā)現(xiàn)，高頻的性能都好到不行，唯一的區(qū)別是在靠近直流，也就是0Hz的頻段能看到小小的區(qū)別。15inch的直流電阻比較大，所以靠近直流頻段的回波損耗受到稍微的影響而已。
如果把這個(gè)頻段的插損結(jié)果放大給大家看看就更明確了，我們來看直流點(diǎn)的損耗，其實(shí)就會發(fā)現(xiàn)所謂的阻抗上漂效應(yīng)影響到的也就是直流點(diǎn)的損耗而已。
還是那句話，既然是直流電阻導(dǎo)致的上漂效應(yīng)，那它當(dāng)然不會影響高頻的性能。大家放寬心哈，長走線的TDR阻抗其實(shí)只要看初始端的值就能判斷加工阻抗到底做得準(zhǔn)不準(zhǔn)了，并不是看末端的上漂值，如果是相對比較線性的上升，沒明顯波動的話，說明整個(gè)鏈路阻抗一致性就是好的，大家不要被它最后上升到110歐姆甚至120歐姆嚇怕了哦！
Q：本期提問：問下大家哈，到底傳輸線TDR阻抗的上漂量跟PCB的哪些因素有關(guān)系呢？
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