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正確的原理圖不一定產(chǎn)生正確的PCB設(shè)計(jì)

已有 283 次閱讀2020-12-11 09:39 | 原理圖, 測試, 眼圖, stub, 高速

作者：一博科技高速先生自媒體成員黃剛

一個(gè)“xue淋淋”的案例告訴大家：正確的原理圖不一定就能產(chǎn)生正確的PCB設(shè)計(jì)。

原理圖設(shè)計(jì)與PCB設(shè)計(jì)都是研發(fā)流程中的必經(jīng)階段，我們知道，原理圖設(shè)計(jì)是PCB設(shè)計(jì)的前端流程，之前的案例也分析過一個(gè)錯(cuò)誤的原理圖必然會(huì)導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤的PCB設(shè)計(jì)，但是一份正確的原理圖就一定能得到一個(gè)正確的PCB設(shè)計(jì)嗎？

這次介紹一個(gè)視頻傳輸模塊的設(shè)計(jì)案例，通常采用的是SDI的接口，速率倒不像通信行業(yè)那么高，一般以6G到12G這個(gè)區(qū)間的速率為主。該單板是從FMC芯片經(jīng)過均衡器轉(zhuǎn)換成單端75歐姆走線，然后進(jìn)入BNC連接器，最后通過cable連接到設(shè)備端�？蛻裟繕�(biāo)的速率是6.25Gbps，值得提出的是，PCB也是客戶公司自己設(shè)計(jì)的，只是在我們這里進(jìn)行加工哈。

本來看上去速率不算太高，設(shè)計(jì)難度應(yīng)該不會(huì)很大，但是板子加工出來，客戶進(jìn)行測試的時(shí)候卻出現(xiàn)了大問題。下面這張圖是客戶告訴我們的信息及測試的眼圖結(jié)果，客戶在BNC連接器后進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)6.25Gbps速率下眼圖是閉合的，而實(shí)際的功能測試也表明6.25G速率不能工作，只能降頻再降頻到1.25G那么低速的時(shí)候才OK。于是客戶就求助我們高速先生，看看能不能找到原因。

問題很清晰，答案卻很模糊。包括客戶和我們的設(shè)計(jì)工程師都第一時(shí)間認(rèn)為是均衡器前的這段100歐姆差分線是不是走線有點(diǎn)長損耗有點(diǎn)大導(dǎo)致的呢？

然而高速先生是理智的，從走線長度來看才不到3inch，走線損耗不會(huì)是問題，而且焊盤過孔電容這些地方還做了優(yōu)化，阻抗一致性也不會(huì)差。另外從均衡器輸入后測試發(fā)現(xiàn)還有不錯(cuò)的眼圖也能證明損耗不會(huì)很大。因此看起來最有可能的一個(gè)猜測應(yīng)該是要被pass掉了。

有了之前原理圖可能會(huì)出問題的經(jīng)驗(yàn)，高速先生也慢慢關(guān)注起原理圖的設(shè)計(jì)來了，于是在聽取了客戶提供的信息后，我們拿到了客戶的原理圖來檢查下，結(jié)果發(fā)現(xiàn)原理上應(yīng)該沒太大的問題。均衡器接收后把100歐姆的差分線轉(zhuǎn)換成75歐姆的單端線，原理還是比較清晰的。

但是高速先生依然發(fā)現(xiàn)了一些非常規(guī)的設(shè)計(jì)，細(xì)看75歐姆單端輸出的走線部分，客戶還進(jìn)行了通過磁珠進(jìn)行下拉的操作，應(yīng)該是用于抗干擾方面的設(shè)計(jì)理念。高速先生立馬感覺到了一絲絲貓膩，于是把重點(diǎn)放在這個(gè)位置上，去對比下原理圖設(shè)計(jì)和實(shí)際PCB設(shè)計(jì)的情況。

果真有了驚人的發(fā)現(xiàn)，從原理圖的下拉理念到PCB的實(shí)現(xiàn)肯定是需要通過走線連接到磁珠再進(jìn)行下拉的。于是我們就看到了如上圖所示的在BNC接口位置通過走線連接到磁珠再進(jìn)行下拉的操作。高速先生憑借之前累積的經(jīng)驗(yàn)就立馬斷定了這個(gè)位置就是出問題的地方，在原理圖上只是一根理想的連接線，但是到了PCB設(shè)計(jì)上就立馬變成了200多mil的stub，理想和現(xiàn)實(shí)存在著看起來影響不大但是實(shí)際上影響很大的差距！

200多mil的stub絕對會(huì)影響6.25Gbps這個(gè)速率的信號(hào)性能了。高速先生認(rèn)為問題的答案已經(jīng)找到了，那么如何讓客戶相信呢？一般客戶是比較謹(jǐn)慎的，除非有很明確的答案，否則客戶也不敢貿(mào)貿(mào)然的進(jìn)行改板，于是高速先生看看能不能在現(xiàn)有的板子上進(jìn)行debug驗(yàn)證。高速先生仔細(xì)琢磨了PCB文件后，提出了一個(gè)有趣的想法。

因?yàn)?5歐姆走線剛好是走線表層線，于是給這個(gè)想法的實(shí)施提供了可能性。我們建議的方法也很簡單而通俗，就是用刀直接劃斷BNC接口位置處對于的stub走線，就像上圖標(biāo)注的那個(gè)位置。至于刀嘛，隨便像這種刀都是可以的啦！

客戶按照高速先生的建議進(jìn)行這個(gè)操作后，得到了驚喜的效果！系統(tǒng)能成功運(yùn)行到6.25Gbps這個(gè)速率了。

這個(gè)案例的分享就到這里了哈，明槍易躲暗箭難防，有時(shí)候PCB設(shè)計(jì)上的stub非常的隱蔽，稍有點(diǎn)大意的話，就會(huì)陷入到stub中而不自知。原理圖上的描述真正到了PCB設(shè)計(jì)還是有很多可能性，到了高速時(shí)代后，任何一段原理圖上理想的走線在PCB上都變成了不理想的走線，帶來各種意想不到的高速問題。因此PCB工程師也需要不斷積累經(jīng)驗(yàn)以及理論知識(shí)，才能在高速時(shí)代立于不敗之地哈！

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