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高速先生成員--姜杰 大家都知道，信號的最佳回流路徑是GND：對于走線(xiàn)而言，我們希望能參考GND平面；對于信號管腳，我們希望GND管腳伴隨；對于BGA區域的高速信號扇出過(guò)孔，我們希望能被相鄰的GND過(guò)孔包圍。 因此，經(jīng)驗豐富的攻城獅一定會(huì )避免讓高速差分信號置于如下的境地：BGA區域差分信號管腳的四周分布多個(gè)電源管腳（圖中白色對應差分信號，綠色是GND網(wǎng)絡(luò )，黃色是電源PWR網(wǎng)絡(luò )），不多不少，一邊一個(gè)。 理想很豐滿(mǎn)，現實(shí)卻很骨感，上圖的這種情況偏偏是存在的，更要命的是，電源管腳還不能換成GND網(wǎng)絡(luò )。 當硬件攻城獅對換PIN方案表示無(wú)能為力的時(shí)候，Layout攻城獅把求助的眼光投向了高速先生，高速先生則默默的看向本文的標題：如何用電源去耦電容改善高速信號質(zhì)量？ 沒(méi)錯，高速先生做過(guò)類(lèi)似的案例。 如前所述，我們的Layout攻城獅經(jīng)驗豐富，在他的努力下，找到了另外一個(gè)對比模型，信號管腳周?chē)环植剂?個(gè)電源管腳（下圖中的紅色圓圈）的情況。 為了高速先生仿真對比，Layout攻城獅也是非常的貼心了。 先仿真沒(méi)有電容的情況。這個(gè)時(shí)候，對于走線(xiàn)特征阻抗100歐姆的差分信號，過(guò)孔阻抗是這樣的： 阻抗曲線(xiàn)甚至出現了振蕩。換個(gè)角度，對比衡量阻抗連續性的另外一個(gè)參數，回波損耗。對于本案例中的100GBASE-KR4信號，在基頻12.9GHz以?xún)鹊念l段，4個(gè)電源孔情況下的最大回損-17.5dB，3個(gè)電源孔情況下的最大回損-21.9dB。 通過(guò)對比可以發(fā)現，回流地孔的增加確實(shí)改善了差分過(guò)孔的阻抗，回損也反映了同樣的趨勢。問(wèn)題在于，無(wú)論是3個(gè)電源孔還是4個(gè)電源孔，結果都不太理想。 一直關(guān)注高速先生的朋友，一定還記得前不久的一篇文章《瞧不起誰(shuí)��！“縫合電容”我怎么可能不知道》，此時(shí)會(huì )不會(huì )突發(fā)靈感：同樣是電容，電源去耦電容該不會(huì )對改善高速信號質(zhì)量有幫助吧？ 試試看。 每個(gè)電源管腳加上本就屬于它的去耦電容，像下圖這樣（當然了，BGA和電容位于PCB不同的布局面，本視圖是為了大家更清楚的看到二者的相對位置）。 增加電容前后，3個(gè)電源過(guò)孔情況的回損對比如下，在關(guān)注頻段內，增加電容后的最大回損有較大改善。 同樣的， 4個(gè)相鄰電源過(guò)孔的差分過(guò)孔回損也改善了不少。整體對比情況如下圖。 電源去耦電容本來(lái)是為了減小電源噪聲，沒(méi)想到還能順帶改善信號質(zhì)量，這到底是為什么呢？ 問(wèn)題來(lái)了 本案例中的電源去耦電容改善信號質(zhì)量的原理是什么？ |
