深度論證-高速走線控制100歐姆阻抗一定是最好的選擇嗎？

高速先生成員--黃剛

對于高速差分信號到底需要控制多少歐姆的阻抗，高速先生相信大部分工程師首先都會看下例如信號的協議文檔或者芯片的文檔，看看里面有沒有推薦的控制阻抗值。例如像PCIE信號，在4.0之后的阻抗會明確要求按照85歐姆來控制，USB阻抗會要求控制90歐姆等。除了這一部分有明確的阻抗要求外，其他沒明確要求的高速信號你們會控多少歐姆阻抗呢？就好像為什么PCB的單端走線要控制50歐姆一樣，差分走線如果沒有明確協議規定，那就按100歐姆來控制。很多工程師其實都不一定很清楚的知道內在的理論和原因，但是也會潛意識的控制100歐姆，可見100歐姆差分線這個觀念是多么的深入人心！

但是，深入人心歸深入人心，本文想探究的是：100歐姆真的是在任何產品中最好的阻抗選擇嗎？當然，從反射的理論來說，如果從收發芯片的負載到PCB的每個地方鏈路的阻抗都完美的做到100歐姆的話，那高速線控100歐姆肯定是最好的選擇啦！意味著鏈路上的任何地方阻抗都匹配，完全沒有反射的存在，這還能不好嗎？

真實情況會怎么樣呢？為了能有說服力，本文舉2個真實項目的仿真案例，大家一起細品細品哈！

案例一：板內芯片到芯片的25G信號仿真案例

在芯片到芯片的PCB鏈路中，除了PCB走線外，一定會存在一些阻抗不連續的結構，如上面的案例中，BGA兩端會存在過孔，接收端一般還會有交流耦合電容。有一定仿真經驗的小伙伴們都知道，像BGA的過孔，電容這個位置的阻抗一般來說都很難做到100歐姆，大部分的case無論怎么優化，都會低于100歐姆。這個時候我們來驗證如果這幾個阻抗不連續點的阻抗達不到100歐姆，例如做到比較理想的95歐姆左右的情況下，PCB走線分別按照100和降低到95歐姆控制時的無源仿真性能對比。

首先我們來看看芯片到芯片鏈路TDR阻抗的對比，也就是PCB走線選擇默認的100歐姆和降低到95歐姆來控制時的差異。

當然從TDR阻抗來看，不能很直觀的看到差異，于是我們來看另外兩個更關鍵的指標，那就是插損和回損的指標。

從插損的指標看，在優化好幾個不連續點后，雖然100歐姆走線的仿真性能也就很不錯了，但是從仿真結果能看到，95歐姆PCB走線的結果更有優勢，無論是從回損還是插損的角度看，都是性能更好的一方。

案例二：經過背板連接器的芯片到芯片的25G信號仿真案例

另外一個案例就是跨版的25G信號的case了，整個系統的連接關系如下所示：

前面單板上的BGA過孔的阻抗就不再敘述了，這里要關注的是跨版連接的高速連接器這個地方。本案例中用到的這款高速背板連接器是某知名廠家的產品，是一款在這個速率下很通用，得到有效驗證的連接器。

這款連接器廠家的標稱阻抗是多少呢？92歐姆，不是你們想象中的100歐姆哦。我們拿到其中的一對連接器信號的阻抗來看，的確也差不多。90歐姆出頭的樣子。

那我們還是一樣，這個系統的三塊互連的板子，我們分別把高速走線的阻抗按照100歐姆和降低到92歐姆來控制，看看性能的對比。

首先我們還是看看整個鏈路的TDR阻抗的對比，能明顯看到兩個連接器的低點，如下所示：

那么插損和回損的性能對比又是怎么樣的呢？還是讓大家失望了，三塊板子控制92歐姆的走線還是會比100歐姆走線的性能來得好。

當然，這中的理論有點復雜，這里就不展開來分析了。從設計的角度來看，如果沒明確的要求，硬件工程師或者設計工程師按照100歐姆來控制高速走線本身也沒太大的問題，我們很多case按照100歐姆的差分信號設計也是完全沒有問題。本文更多的可能是給大家一種另類的思路，去尋找一些更優的設計方案。但是還是要弱弱的告示下哈，如果不經過比較精確的仿真，還是不要隨便去嘗試，因為你并不知道多少才是好，只有仿真才能很好的把鏈路的性能給量化出來，設計的朋友請謹慎使用這招，用得不好還是很容易翻車的哦！

問題來了：

列舉下大家的產品在PCB設計中常見的阻抗不連續的地方，并簡單描述下你們的設計優化方法？

審核編輯 黃宇