高速先生成员--黄刚做过PCB-layout的朋友都知道在真正进入PCB布局布线之前往往有一个东西是要首先确定下来的那就是叠层设计。Chris和很多工程师朋友们聊过天Chris一来就会问很尖锐的问题你们的PCB布局布线能力非常厉害但是你们当中有多少人是自己一手一脚的进行叠层设计的呢不能说没有但是的确占得比例不多。为什么呢原因也很简单大部分的PCB工程师朋友更关心器件怎么布局走线能不能走出来。对于叠层设计来说他们最关心的就是多少层至于你问他们线宽需要多少mil在他们能保证有空间走的情况下我相信他们是不会care你是4mil还是6mil的。。。对啊如果设计工程师都不关心线宽的话那谁关心呢这个时候我们SI就真的要跳出来了没错我们会关心的更多为什么呢这就要从PCB叠层设计需要不就提到了我们点讲起了1 需要几个走线层、地平面、电源层加起来就是总的层数了。其中需要考虑的细节是走线需要几层出线地平面对应有几个电源需要几Oz的铜和需要多少层2 PCB板的总厚度有没有要求像一些主要协议和接口规范的约束例如1.6mm的金手指板卡等3 PCB板里面的高速信号速率是多少不同速率的高速协议允许的损耗值不同损耗值不同就意味着板上高速线的走线长度不同这就涉及到了需要用什么等级的板材和通过线宽来衡量单位长度的损耗值线宽这不就提到了我们这篇文章要讲的线宽了嘛。我们知道高速信号一般走在内层结构就是上面分别被pp和core包裹的如下所示除了电源层之外需要几个高速走线层其实就是在算需要几个上面这样的结构。上面的结构其实就需要我们去定义线宽和pp/core的厚度了。首先我们先说说线宽因为在板材一定的情况下它决定了我们单位长度走线的损耗值。然后我们再说说pp和core的厚度它们又反过来决定了线宽因为在一定的阻抗控制下pp和core的厚度定下来线宽也就定了。一句话他们之间是互相影响也互相关联Chris在这篇文章中用一个M7级别的pp和core的组合来看看控制同样的93欧姆阻抗下56G以上高速信号主流差分阻抗不同线宽的损耗值变化趋势看完了大家就明白Chris这篇文章的意思了。在控制93欧姆的前提下我们分别调整pp和core的厚度来控制线宽分别从3mil到8mil的变化下表给出了从3mil到8mil时的pp和core的厚度然后我们再给出不同线宽下的单位inch长度的损耗结果从3mil到8mil的损耗曲线如下所示从上图的结果看看我们当然知道线宽越宽损耗越小但是如果要说从3mil一直到8mil线宽变化时损耗变化比例的话大家会看到平时不太关注的一些东西。首先我们还是以表格的形式直观的列出不同线宽对应在14GHz和28GHz分别对应56Gbps和112Gbps的基频的损耗结果。好吧Chris这个时候可以回答下标题的问题了为什么说线宽在5mil左右时性价比最高呢我们首先从损耗的角度看看从3mil到8mil时线宽每减小1mil损耗增加的比例是怎么样的。先看看14GHz时如下所示8mil到7mil损耗0.51dB→0.56 dB增加9.80%7mil到6mil损耗0.56 dB→0.62 dB增加10.71%6mil到5mil损耗0.62 dB→0.69 dB增加11.29%5mil到4mil损耗0.69 dB→0.79 dB增加14.49%4mil到3mil损耗0.79 dB→0.97 dB增加22.78%再看看28GHz时如下所示8mil到7mil损耗0.87dB→0.93 dB增加6.9%7mil到6mil损耗0.93 dB→1.03 dB增加10.75%6mil到5mil损耗1.03 dB→1.14 dB增加10.68%5mil到4mil损耗1.14dB→1.29dB增加13.16%4mil到3mil损耗1.29 dB→1.57dB增加21.71%从这个case的线宽-损耗变化趋势看 5mil是一个分水岭线宽小于5mil之后的损耗增加量变得飞快而大于5mil之后尤其到了7mil往上走的时候由于线宽的增加导致的损耗的改善就越来越小了。另外我们上面的文章还展示了对应线宽下的pp和core的厚度变化我们也大概来算算pp和core加起来的厚度随不同线宽的变化量如下所示3milcore2.5milPP2.5mil4milcore3.5 milPP3.3mil 线宽3mil→4mil总厚度加1.8mil5milcore4 milPP4.2mil 线宽4mil→5 mil总厚度加1.4mil6milcore5 milPP5.1mil 线宽5mil→6 mil总厚度加1.9mil7milcore6milPP5.9mil 线宽6mil→7 mil总厚度加1.8mil8milcore7milPP6.8mil 线宽7mil→8 mil总厚度加1.9mil那么凑巧吗刚好也在5mil线宽时增加量和其他线宽的不同其他线宽变化下增加的量都在1.8mil左右但是4mil到5mil变化时增加的量却是最小的只有1.4mil。什么叫性价比呢本文想表达的意思就是线宽的不同当然会导致损耗的不同 导致叠层厚度的不同。从上述的损耗和pp/core厚度和线宽的关联性验证的数据看5mil线宽的损耗算是一个分水岭小于5mil后损耗增加剧烈大于5mil后损耗改善慢慢变小如果从厚度的角度看5mil左右线宽相对其他线宽也具有相对较小的厚度改变量。当然不是说5mil线宽是每个项目的黄金线宽哈例如有的项目可能需要极小的损耗那就只能通过不断增加线宽来实现了。或者有的项目要求的叠层厚度很小压根不可能增加pp和core做到5mil线宽我们也没办法勉强。Chris想说的只是一个叠层设计相对比较深层的一种思路就是如果没有其他约束情况的话把线宽设计到5mil时加工因素的一些影响例如线宽需要change成4.8mil或者5.2mil又或者pp和core的厚度略微调整个0.2-0.3mil的时候5mil线宽这个性价比高的优势就体现出来了在上述参数的调整过程后从损耗和阻抗变化来说它一定会比其他线宽有更好的适应性在抵御加工因素变化时能更好的保持预期的效果哈