正確的原理圖不一定能產(chǎn)生正確的 PCB 設(shè)計(jì)

作者: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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(lái),客戶進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候卻出現(xiàn)了大問(wèn)題。下面這張圖是客戶告訴我們的信息及測(cè)試的眼圖結(jié)果,客戶在BNC連接器后進(jìn)行測(cè)試,發(fā)現(xiàn)6．25Gbps速率下眼圖是閉合的,而實(shí)際的功能測(cè)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(wèn)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(zhǎng)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(zhǎng)度來(lái)看才不到3inch,走線損耗不會(huì)是問(wèn)題,而且焊盤過(guò)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(cè)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(lái)最有可能的一個(gè)猜測(cè)應(yīng)該是要被pass掉了。

有了之前原理圖可能會(huì)出問(wèn)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(lái)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(lái)檢查下,結(jié)果發(fā)現(xiàn)原理上應(yīng)該沒太大的問(wèn)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(guò)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(duì)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(guò)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(guò)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(wèn)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(lái)影響不大但是實(shí)際上影響很大的差距!

200多mil的stub絕對(duì)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(wèn)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(jiǎn)單而通俗,就是用刀直接劃斷BNC接口位置處對(duì)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(lái)各種意想不到的高速問(wèn)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!

審核編輯：符乾江