高速先生成員--黃剛

一些通用的PCB設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及高速信號(hào)理論，都告訴我們PCB上的信號(hào)最好都以地平面為參考，尤其是高速走線(xiàn)，建議上下參考平面都是地平面是最好的方法。但是產(chǎn)品類(lèi)型千千萬(wàn)萬(wàn)，導(dǎo)致疊層的設(shè)計(jì)也變化萬(wàn)千，有時(shí)候?yàn)榱顺杀緶p小層數(shù)，這樣就可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)參考到電源平面的情況。當(dāng)然，作為一名有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)工程師，還是會(huì)優(yōu)先保證主要的高速串行信號(hào)上下層都有完整的地平面做參考。在保證重要的高速信號(hào)后，一般來(lái)說(shuō)，要去犧牲不那么高速的DDR模塊走線(xiàn)了。

沒(méi)辦法，誰(shuí)叫你速率沒(méi)有高速信號(hào)那么高，關(guān)鍵是你還要用那么多層去布線(xiàn)，所以只能犧牲DDR信號(hào)了。那這樣就尷尬了，很多PCB工程師覺(jué)得違背了他們一貫的設(shè)計(jì)原則，不敢下手去畫(huà)了。

一般這種PCB設(shè)計(jì)工程師定不了的時(shí)候，高速先生就必須出來(lái)說(shuō)話(huà)了。我們截取一段DDR的地址信號(hào)進(jìn)行研究，疊層和走線(xiàn)情況如下所示：

這根地址信號(hào)走線(xiàn)在L3層，參考L2和L4層，其中L4層是主要的參考平面，是一個(gè)電源平面，距離L3走線(xiàn)層是4mil，L2層雖然是地平面，但是距離L3走線(xiàn)層卻有差不多16mil的距離。顯而易見(jiàn)，這根L3層的地址信號(hào)主要參考的是L4層的電源平面了。就像下面這個(gè)3D仿真模型展示的一樣。

要不。。。我們還是首先來(lái)看看如果是L3層的這根地址信號(hào)上下都是地平面的常規(guī)情況的結(jié)果吧，也就是把上面的電源平面也換成地平面，這樣L3層走線(xiàn)上下都是參考地平面了，模型如下所示：

我們先來(lái)看看阻抗的情況，這根地址信號(hào)的走線(xiàn)是要求按40歐姆來(lái)設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)仿真后，我們看到上下都是地平面設(shè)計(jì)的阻抗仿真結(jié)果非常接近40歐姆走線(xiàn)阻抗。

那么大家是不是很好奇，如果是參考電源平面的case，阻抗是多少呢？會(huì)不會(huì)差很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)啊！淡定，高速先生可以很負(fù)責(zé)任的告訴大家，不會(huì)！如下圖所示，參考電源平面后，阻抗也是差不多40歐姆左右。

兩者一對(duì)比，其實(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于阻抗來(lái)說(shuō)，參考電源平面和參考地平面其實(shí)差的不遠(yuǎn)。

那是不是只要阻抗沒(méi)啥影響，也就代表著DDR信號(hào)參考電源平面完整沒(méi)有問(wèn)題呢？當(dāng)然。。。也不是啦！阻抗只是其中的一個(gè)性能的表征手段，除此之外，我們還是要關(guān)注下插入損耗的情況。

首先，我們還是來(lái)看看常規(guī)的上下參考地平面的插入損耗結(jié)果。和我們預(yù)料的一樣，參考地平面時(shí)，插入損耗的結(jié)果從低頻一直到高頻都是非常線(xiàn)性的，完全沒(méi)得問(wèn)題！

這個(gè)時(shí)候大家是不是很期待，參考電源平面的插入損耗曲線(xiàn)長(zhǎng)啥樣呢？按道理說(shuō)，阻抗和參考地平面差別很小，預(yù)期插入損耗的結(jié)果也不會(huì)偏差很大吧？

這次可能又要讓大家失望了，參考電源平面的插入損耗結(jié)果是下面這個(gè)熊樣的哦！

啥啊，高頻波動(dòng)那么大，那么差啊，這壓根就不行?。∧阏f(shuō)對(duì)了，高頻的確不行，但是別忘了，我們DDR模塊的速率，以DDR4為例，一般地址信號(hào)的速率也就是1.2Gbps到1.6Gbps，所以理論上我們關(guān)注前面3GHz左右的頻段就可以了。后面的高頻部分都已經(jīng)是DDR運(yùn)行頻率的3倍頻之后了，能量其實(shí)就很少了。

咦，如果按照這個(gè)觀(guān)點(diǎn)再對(duì)比參考地平面和參考電源平面的插入損耗結(jié)果的話(huà)，在3GHz以前倒是差得不大哦。這也就是為什么我們的確能看到有的產(chǎn)品的DDR模塊的地址控制信號(hào)參考電源平面也能跑到額定速率的原因了。。。

當(dāng)然，上面只是從比較理想的仿真結(jié)果上來(lái)得出的結(jié)論。實(shí)際上也要考慮到加工的因素，包括電源平面也會(huì)存在噪聲影響的因素，還有就是不同設(shè)計(jì)地址信號(hào)走線(xiàn)長(zhǎng)度不同，參考的電源網(wǎng)絡(luò)不同，包括電容配置不同等眾多因素。另外為什么在很多非常規(guī)設(shè)計(jì)中，一般只看到地址控制信號(hào)參考電源平面的設(shè)計(jì)，很少看到數(shù)據(jù)信號(hào)參考電源平面呢，那是因?yàn)閿?shù)據(jù)信號(hào)的速率更高，3倍頻下可能就到了5-6GHz以上了，這個(gè)時(shí)候從上面的插入損耗曲線(xiàn)來(lái)看，差異就變得慢慢明顯了。總而言之，高速先生的觀(guān)點(diǎn)是并不完全拒絕DDR走線(xiàn)參考電源平面的可行性，但是遇到這樣的非常規(guī)設(shè)計(jì)，我們需要更謹(jǐn)慎的去對(duì)待它，最好有一些仿真數(shù)據(jù)的支撐來(lái)確認(rèn)更大的成功率才行！

問(wèn)題：大家有沒(méi)有做過(guò)一些覺(jué)得是非常規(guī)的DDR設(shè)計(jì)，可以分享下？

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審核編輯 黃宇