PCB設計遇到過孔stub如何解決

N年的寶貴經驗告訴我們，PCB設計遇到過孔stub時，最好辦法就是器件在表層走線靠下層，器件在底層走線就靠上層，這樣能把stub降到最低。但是，有沒有一種種情況，你們覺得無論走哪一層都覺得不能把stub降得很低的情況呢？

    恩，PCB設計還真有這么一種操作，而且其實我們還見得不少。在比較理想的器件布局下，我們喜歡把高速信號的收發芯片都放在同一表面，要么都是表層，要么都是底層。原因很簡單，這樣的話我們從表層的pin打孔到內層走線時，只要我們走到了靠下的層（以器件放表層說明，如果是放底層則相反哈），這樣兩個過孔就都會是比較短的過孔stub，有利于提高信號傳輸質量。而且不要老是動不動就提要背鉆這事嘛，能保證質量的同時又可以簡單快捷的省成本和加工流程這種好事，相信誰都不會拒絕吧？

    但是，PCB設計有的高速信號卻不能做到兩個器件都放在正面，看起來好像顯得我們不重視這些高速走線似的。大家是不是覺得只要我們想優先保證它們的傳輸的話，就肯定輕松的做到先把它們都放在表層是吧？有的東西連臣妾都不能保證啊，更何況PCB工程師呢？例如，其中一個器件是雙面都有高速走線的pin……

    其實這樣的器件是有的，而且應用很廣泛，其中一種就是我們今天的主人公，PCIE金手指。在我們很多PCIE子卡設計中，都會遇到它。它的封裝就是雙面的焊盤結構。這樣的PCIE信號我們最近接觸非常多，主要就是應用在現在很火的人工智能領域上。

    像TX鏈路（怎么分的TX還是RX？看看電容唄）是在底層，而我們的主芯片放在表層，那我們的內線走線好像走到哪一層就是不能達到放同一面時的效果，無論是放在靠上層還是靠下層，都會有其中一個過孔有很長的stub。這時能夠想象PCB工程師的心情就好像下圖的情況一樣矛盾……

    在說完了前面的鋪墊之后，再說說本文想描述的案例。該信號走的是PCIE3.0的協議（8Gbps），板厚是2.0mm。在第一版中，客戶為了省成本，問我們能不能不背鉆處理，然后我們高速先生也不是動不動就叫客戶背鉆的，因為經過驗證之后，認為把走線走到靠下層時，長過孔的stub大概在60mil左右，對于8Gbps的信號仍在可以接受的范圍。客戶也懷著將信將疑的心態投了板，不過還好沒等多久，回板之后客戶進行了PCIE的測試（子卡插到base進行測試），發現真的是OK的哦，傳輸沒有問題。

    一切都沒什么問題之后，后面客戶又開始了第二版，其他走線有一些改動，PCIE這部分原理圖沒有改動。本來按說PCIE直接copy就好了，但是由于靠下面的走線需要讓給更高速的信號，因此無法繼續按照上一版靠底層走線。這時PCB工程師想到反正都會有一個長的過孔stub，影響應該是一樣的，因此就把走線放在和下層對稱的上層去走，于是就第二版的鏈路變成了這樣（由于后面要對比兩者的區別，因此我們用同一條鏈路不同走線層來對比會更有說服力）。

    這就是前面說到，無論靠上還是靠下都會有一個長的過孔stub無法避免。其實乍一看，感覺應該是一樣的，因為還是有一個長的和一個短的過孔stub的影響。事實上是這樣嗎？

    我們把兩種情況進行仿真對比一下，他們的傳輸損耗有非常驚人的結論，那就是真的就是一樣的。如下所示：高速先生們再三確認后。確定真的是有兩根曲線，真的一模一樣哈。紅的曲線被綠的覆蓋了……

    后面想了一下，其實一樣也是對的。對于這種線性時不變系統而言。事實上他們就應該是一樣的。理論不想過多解釋哈，對于這種名詞大家感興趣再去搜搜哈。簡單來說就是從最后接收來看，首先時間是一樣的，然后stub一樣的情況下是不care長stub和短stub的順序，能量經過振蕩傳輸到接收端的時候就是一樣的。那看起來這種case下走靠上還是靠下層真沒有影響？

    很多時候當你有一個認為正確的結論時，往往需要經得住很多人的敲打。例如有同事就提出，要不給他們賦了收發模型看看眼圖是不是也一樣？好，這個主意非常好，因為對于很多人來說，S參數遠沒有時域的波形或者眼圖直觀，于是我們加入收發模型進行仿真后，就立馬把這個結論推翻了……

    突然發現原有差距會那么大，眼高居然差了50多mV。兩者看起來波形都不錯，但是在PCIE鏈路中，這個只是子卡部分，插上base板后接收裕量就肯定很小了，所以這個已經是一個很大的差距了。

    在驚訝之余我們再回頭看看這兩條鏈路的回波損耗，終于發現了不一樣的地方。

    從回波損耗來看，版本一的結果的確會比版本二要好。這就是導致眼圖有差異的原因了。所以對于這種始終會存在過孔stub的情況下，我們走線層的選擇其實會影響很大，不能再按照傳統的單純靠下層或者靠上層來走了，這時候必須具體問題具體分析哈。

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