PCB制板厂加工问题很大啊，高速PCB传输线阻抗一直往上跑

高速先生成员--黄刚
长通道的阻抗一直往上窜这个事情其实不是个别现象了，相信大多数做高速串行信号的朋友，尤其是做背板系统的朋友都深有体会，在超过例如10inch走线的时候，如果你们去测试加工出来的差分线的TDR阻抗，就很容易看到以下的曲线。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/943ca595caad4915993e5584fb39e69e~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20250407171507061574C192A22204B676&x-expires=2147483647&x-signature=VNQCI8bkNHQQjm46M6jPbwlktJE%3D

设计的是100欧姆的差分阻抗线，在测试初始位置的确也是符合100欧姆，但是不知道咋滴，走线越往末端去，阻抗就越高。最后到达这对走线末端的时候居然超过了110欧姆！这下完了，这对走线的阻抗不满足10%的加工公差了，大家是不是就会觉得加工出来的这对差分线有问题了，估计不能满足你们10G或者25G的高速传输要求了?！https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/8358d55aacb64a4e92093195162bc947~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20250407171507061574C192A22204B676&x-expires=2147483647&x-signature=Ni4HgZ4WibhbytbZQO1avwpwEBM%3D

反正最近就有很多客户来问Chris这个事情了。Chris每次都耐心的安慰他们要淡定，这个完全没问题，阻抗做得很好。但是对于阻抗曲线先入为主的他们来说，这种安慰似乎没太多实质上的效果，哪怕他们已经进行了功能测试没问题，仍然继续担心，觉得这次只是运气好，裕量勉强还够，下次就不一定了。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/89a236617e314abbb65211e9862906c4~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20250407171507061574C192A22204B676&x-expires=2147483647&x-signature=BeNoujf5S5p8%2BkMdsu0Bcqk4v6k%3D

前段时间Chris的确也很忙，也就只能这样心理安慰了。最近缓过来一点了，那就决定把这个事情一次说明白，让大家彻底的安心哈！从哪开始讲呢？那就从为什么你们会看到这种现象开始讲吧。有时候测试的差分线的阻抗就不会窜得那么高，有时候就窜得很高，不知道大家有没有找到一些共性的特点啊！Chris先告诉大家一个非常明显的设计区别点，那就是走线的长度。走线短的，一般都窜不高，走线越长，窜得越高！Chris给大家做个简单的仿真看看哈，假设我们设置一个内层的传输线叠层，使得差分线在线宽5mil，间距9mil的情况下满足100欧姆的阻抗要求。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/da8ead01d77845d1aaadfdb794b41e80~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20250407171507061574C192A22204B676&x-expires=2147483647&x-signature=4Hk0t4nTsKWeTxspmCFwUC99DxI%3D

首先我们设置这对差分线的线长为5inch，这种case下我们进行一个TDR阻抗的仿真，就会发现这对5inch的走线阻抗就从一开始的100欧姆，上漂到102欧姆多，上漂幅度大概2欧姆多的样子。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/e7e04790214a416a958287a0ead2ab83~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20250407171507061574C192A22204B676&x-expires=2147483647&x-signature=bMHrvsx%2FNV8OxZuFh6MgYcwPN4Q%3D

那如果我们把同样的这对差分线的长度设得更长，例如是之前的3倍，设到15inch时，再次进行同样的TDR阻抗仿真，就会发现阻抗上漂了6个多欧姆，变大了！https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/9cb2f9f4703245c88b415a83d68efef2~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20250407171507061574C192A22204B676&x-expires=2147483647&x-signature=0%2FTtkr35d8zG4kxV5%2BHulg%2FWsBQ%3D

细心的朋友可能就发现了，感觉走线越长阻抗上漂的幅度就越大！如果你再细心一点，你甚至能发现和走线长度是线性成正比的哦！5inch走线上漂2欧姆多，15inch走线就上漂它的3倍，6欧姆多！https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/2b5f91b2766b45bfb4b56cb9e4ad2460~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20250407171507061574C192A22204B676&x-expires=2147483647&x-signature=5h%2FhMeSeFb2OnITItmXsb9zogb4%3D

那这个阻抗上漂到底是由什么因素引起的呢？真的是因为差分线的阻抗没做好导致的吗？如果是阻抗的因素导致的，这里有三点是说不通的。一是阻抗没做好的话会那么线性的上升吗，更多情况下不是应该一段高一段低，或者整段都高才是？二是，阻抗没做好的阻抗曲线刚好就和长度成正比了，那么巧合的吗？三是，明明我在上面的仿真中传输线是按照100欧姆来设计的啊，是个理想仿真值啊，只是仿真，都没涉及到加工误差，为什么也还要上漂呢！https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/8bc4bf6ea4834341bd01f66b4698cade~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20250407171507061574C192A22204B676&x-expires=2147483647&x-signature=FDQswD%2BoSR8TL20PsDucgclCyLo%3D

所以怎么说感觉也不会是阻抗加工没做好导致的阻抗上漂，那到底是什么原因呢？这个时候我们去研究另外的一个物理概念，那就是我们初中学的那个欧姆定律里面的电阻这个概念！我们还是对上面的5inch和15inch的差分线去仿真它的电阻值！用的就是初中学的欧姆定律，我们给这对差分线一个电压V1，然后观测经过它的电流I，这个时候用V1/I就得到了差分线的电阻值！再提醒一次哈，是电阻，不是阻抗！https://p26-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/b6bf810c2e244511917a9a30b770a173~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20250407171507061574C192A22204B676&x-expires=2147483647&x-signature=rxLN9%2Fd5t%2FpsIo0%2B1JUjGSKCinc%3D

5inch差分线的直流电阻R大家有预想过是什么量级的吗？没错，不是别人，正是你从TDR阻抗曲线中看到的上漂的量，2.261欧姆！https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/45e95e7239bd46678f1b614494f90aa6~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20250407171507061574C192A22204B676&x-expires=2147483647&x-signature=J1R0ERCPt6SrGBi9Oh4agEZTNrQ%3D

同样，15inch走线的直流电阻也可以仿真出来，就是5inch走线的3倍，6.784欧姆。也就是15inch的TDR阻抗曲线的上漂量！https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/74d66f19934e499fb9d0a990f4bc859c~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20250407171507061574C192A22204B676&x-expires=2147483647&x-signature=BAvZcWSuruAOKdc6KCngHBA45Rw%3D

哦！听Chris这么一说，好像懂了，TDR阻抗的上漂量其实是传输线的直流电阻搞得鬼哈！从理论的仿真中就能看出来，哪怕是100欧姆的理想传输线也存在着阻抗上漂的效应，和所谓的加工阻抗波动压根扯不上关系！那大家还是会问了，虽然不是阻抗没做好导致的，那么这种阻抗上漂到底对高速的性能有没有影响啊？https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/7e18ab60c8174524ad8834e7648d8099~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20250407171507061574C192A22204B676&x-expires=2147483647&x-signature=TzvgxDt2TgVaWWtWB6jyM8AEp1c%3D

其实从定性来理解你就知道不会影响高频的性能了，毕竟它只是直流电阻，压根和频率无关！我们无论是看5inch还是15inch的这对差分线的回波损耗就会发现，高频的性能都好到不行，唯一的区别是在靠近直流，也就是0Hz的频段能看到小小的区别。15inch的直流电阻比较大，所以靠近直流频段的回波损耗受到稍微的影响而已。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/3de20ab2620d4b5d99a9690cdcdf8ab7~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20250407171507061574C192A22204B676&x-expires=2147483647&x-signature=XmQnyeNfunv1jB0pX3XwLZ2Tfwk%3D

如果把这个频段的插损结果放大给大家看看就更明确了，我们来看直流点的损耗，其实就会发现所谓的阻抗上漂效应影响到的也就是直流点的损耗而已。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/1edf1bd4c3ad4610a7a70691a58b7829~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20250407171507061574C192A22204B676&x-expires=2147483647&x-signature=4CNatEJk12TMwo7y0YHliQRnT7U%3D

还是那句话，既然是直流电阻导致的上漂效应，那它当然不会影响高频的性能。大家放宽心哈，长走线的TDR阻抗其实只要看初始端的值就能判断加工阻抗到底做得准不准了，并不是看末端的上漂值，如果是相对比较线性的上升，没明显波动的话，说明整个链路阻抗一致性就是好的，大家不要被它最后上升到110欧姆甚至120欧姆吓怕了哦！https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/6be9d6ad0ad045139eabb7768d4ae26a~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20250407171507061574C192A22204B676&x-expires=2147483647&x-signature=z3u7GfVKcIhZSpBq0JrymwGPnXQ%3D

问题：问下大家哈，到底传输线TDR阻抗的上漂量跟PCB的哪些因素有关系呢？