针对 将来 高速 SerDes应用 的PCB设计要点

将来的SerDes设计方案，嗯，有点儿可怕

老wu近期在寻找快速联接电缆的材料，想找一找有关传送10Gbps模拟信号的快速电缆经销商和PCB设计常见问题。

期内在有输油管见到这一份短视频《SerDes And Its Role in Future Designs HD》讲的很是非常好，老wu用心干了手记。

将来的SerDes设计方案会是如何子的？嗯，有点儿可怕，伴随着云空间运用愈来愈普及化，其需求量也节节攀升，促进诸多网络供应商务必年年更新其大数据中心內部互联网的网络带宽。现阶段流行的100G互连正日益被新一代400G技术性所替代，而800G互连技术性更早已近在咫尺。网络带宽要求年年疯涨，其最底层的快速SerDes技术性也因为备受关注。

现阶段，速率较快的SerDes单一安全通道的网络带宽已达112Gbps，适用PAM4编号。这般高的速度，促使在全部体系中完成快速数据信号走线会遭遇很多很多设计方案难点。以往通常仅仅在部件级开展设计方案考虑，而新一代多Gbps设计必须对数据信号安全通道途径开展总体剖析。研发人员不可以只关心一个部件，反而是务必剖析并提升全部部件在全部安全通道中的相互影响。

安全通道中的每一个部件都包括一些设计方案自变量，其会危害安全通道中别的部件的特性。务必考虑到插入损耗、回波损耗、串扰、特性阻抗等射频连接器自变量。PCB设计管理决策包含合理布局、走线、原材料/层压材料挑选、迹线长短与匹配电阻，他们都可以提升或减少快速串行通信安全通道的特性。

设计方案和提升快速安全通道必须2个基本上流程。技术工程师务必为安全通道中的每一个实际部件创建实体模型。合拼这种部件实体模型就可以建立安全通道实体模型，进而创建详细的系统软件。随后在28Gbps以上的数据速率标准下系统对实体模型开展模拟仿真、模型、剖析与检测。

这一份《SerDes And Its Role in Future Designs HD》对PCB SerDes设计方案必须考虑的一些问题点开展了较为全方位的解读：

• PCB 家具板材
• 层叠
• 串扰
• 玻璃纤维效用
• 残桩和背钻技术性
• 铜泊表面粗糙度
• 插损、回损、远侧串扰、近端串扰
• 旁通去耦电容生存电感器问题

短视频中有关于差分信号线数据信号流回的3D模拟仿真解读老wu感觉很非常好，以前看差分信号对的详细介绍文章内容，有说到运用差分信号线的优点，便是差分信号线对中间可以彼此之间满足另一方数据信号的流回而不用参照平面图，但短视频中根据3D模拟仿真解读了差分信号线流回的状况。

尽管差分电路针对相近地弹及其其他很有可能存有于开关电源和地平面图上的噪声数据信号不是脆弱的。地平面图的一部分流回相抵并不意味着差分电路也不以参阅平面图做为数据信号回到途径，实际上在数据信号流回剖析上，差分信号布线和平常的单端布线的基本原理是一致的，即高频率数据信号是顺着电阻最少的控制回路开展流回，较大的区分取决于差分信号线除开有对地的藕合以外，还存有彼此之间的藕合，哪一种藕合强，那一种就变成关键的回商品流通路。

在PCB 电路原理中，一般差分信号布线中间的藕合较小，通常只占10~20%的耦合性，大量的或是对地的藕合，因此差分信号布线的主要流回途径或是存有于地平面图。本地平面图产生不持续的情况下，无参照平面图的地区，差分信号布线中间的藕合才会给予关键的回商品流通路。虽然参照平面图的不持续对差分信号布线的危害沒有对平常的单端布线来的比较严重，但依然会减少音频信号的品质，提升EMI，要尽量减少。

高过快速差分信号线stitching via的设计方案

在完成快速设计方案时，快速数据信号的输途径中的物理学几何图形构造的一切细微的不持续都是会显着减少信息品质。 这类降权包含数据信号力度的损害，数据信号增益值的降低和震动的提升。 因而，务必鉴别快速安全通道中的这种不持续，并给予缓解其危害的方式，以完成更快的数据信号传送。在其中，元器件封装焊层，射频连接器和数据信号开洞换层都是会会导致特性阻抗不持续及流回途径的转变，这时必须为数据信号的通孔给予附加的接地装置通孔为其给予持续的流回途径。

焊层参照平面图掏空

一样是为了更好地特性阻抗的持续性，为了更好地降低焊层与参照平面图的分布电容，隔直电容器是快速串行通信安全通道中特性阻抗不持续的普遍来源于。有关提升焊层特性阻抗不连续性问题，可以参照 Altera的Application Note 530《Optimizing Impedance Discontinuity Caused by Surface Mount Pads for High-Speed Channel Designs》，老wu早已提交的百度云盘，大伙儿可以参照本文结尾得出的在线下载方式在线下载，那参照平面图的内电层该掏空是多少适合？短视频中也有些人明确提出这个问题，回应是依模拟仿真結果，依不一样的重叠构造而不一样，最好是开展3D模拟仿真。

背钻技术性

可控性深层打孔（CDD），也称之为背打孔。它可以将未采用的铜制封头或分岔中短线从印刷线路板埋孔中除去。当快速数据信号在PCB板层中间传送时越过了一个铜制封头，便会造成失帧。假如数据信号层中存有分岔中短线，而且该中短线较长，失帧可能变成比较严重的问题。

在生产制造进行后，可应用稍大的麻花钻重钻这种孔，除去分岔中短线。将孔背钻至可控性的深层，贴近但不碰触过孔应用的最终一层。充分考虑生产制造和原材料差别，好的制造厂商可让背打孔的遗留下中短线做到7mil，理想化的剩下中短线长短应低于10mi。

PCB玻璃纤维效用

PCB板材是由环氧树脂、玻璃纤维、铜泊、填充料绝热过程合而成，玻璃纤维布的识别码是依照细纱总宽、管纱的总宽，细纱间的空隙，及其管纱中间的空隙，开展识别码界定的。玻璃纤维布，对数据信号的危害，关键来自于相对介电常数不一样。

根据短视频中的PPT，我们可以见到一对儿差分信号线，在其中一根儿走在玻纤上，一根儿走在化学纤维间隙中。由于物质的相对介电常数不一样，导致二根同轴电缆的特性阻抗不一样，这造成俩风险性： 一是特性阻抗不配对，二是数据信号传输速率不一样，针对25Gbps以上的数据信号会致使比较严重的数据信号失帧。

铜泊表面粗糙度

数据信号快速/高频率化指数据信号传送愈来愈集中化于输电线“表面”（称之为集肤效应），当工作频率达1GHz时，其数据信号在最表层的传送薄厚仅为2.1μm，假如电导体外表粗糙度为3-5μm，数据信号传送仅在表面粗糙度的薄厚范畴内开展；当数据信号传送工作频率提升到10GHz时，其数据信号在电导体表层的传送薄厚为0.7μm，数据信号传送也是在表面粗糙度范畴内开展。数据信号在表面粗糙度范畴传送，传送数据信号的驻波、反射面将越来越严重，并造成数据信号传送途径拉长，耗损提升。自然，改进铜泊表面粗糙度对快速数据信号的危害，必须板厂来协助人们处理该问题。

自然，快速SerDes运用的PCB设计关键点也有许多，老wu这儿也不一一列举了，短视频讲得非常好，提议大伙儿多看一下，也有一些附加的知识要点视频相匹配的PPT文本文档老wu放百度云盘里了，有感兴趣的同学们可以扫码关注：吴川斌的博客，在微信公众号里回应：在线下载|快速SerDes运用PCB设计关键点，就可以得到下载地址。

最终，感叹下，老是听到开发软件的同学们感叹，求求软件开发技术栈别再升级了，年纪大了，真学没动了，实际上，硬件配置何尝不是那样呢？

© 文中经创作者吴川斌受权

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