10-kerroksinen nopea piirilevytekniikka DDR5- ja PCIe-muisteille

Kymmenkerroksinen piirilevy voi tukea vaativia digitaalisia linkkejä, mutta pelkkä kerrosten lukumäärä ei takaa vaatimustenmukaisuutta. Tulos riippuu koko kanavasta: lähetinkotelosta, haaroitusrei'istä, läpivienneistä, reititetystä siirtolinjasta, liitin- tai kaapeliliitännästä, vastaanotinkotelosta ja taajuuskorjaimesta. Laadukkaalla laminaatilla varustettu piirilevy voi silti rikkoutua resonoivan läpivientihaaran tai katkenneen paluureitin vuoksi; lyhyempi kanava edullisemmalla materiaalilla voi läpäistä, kun siirtymät on suunniteltu hyvin.

Tämä sivu on järjestetty kanavasuunnittelun ympärille. Se erottaa julkiset protokollatiedot muotokertoimiin liittyvistä rajoituksista, näyttää, miten häviö- ja epäjatkuvuusmarginaali kohdistetaan, ja määrittelee valmistajan toimittamat todisteet. Yksityiskohtainen geometria kuuluu osioon. impedanssin säätöspesifikaatio, kun taas asettelun toteutus kuuluu reititysopas.

Aloita kanavasta, älä protokollan nimestä

”PCIe Gen6 -yhteensopiva”, ”112G-materiaali” ja ”800G-piirilevy” ovat epätäydellisiä kuvauksia. Protokolla voi esiintyä useissa eri kokoluokissa, joissa on erilaiset liittimet, ulottuvuudet ja kanavamaskit. Sama tiedonsiirtonopeus voidaan reitittää lyhyellä sirujen välisellä linkillä, emolevyn ja lisäkortin välisellä linkillä tai takalevyllä, jolla on hyvin erilainen häviöiden kohdentaminen.

Toimittajan ei tule luvata tukea rajapinnalle pelkästään materiaalin nimen ja kerrosmäärän perusteella. Vastuullinen vastaus on ehdollinen: ehdotettu rakenne voidaan tarjota ja toteuttaa vasta, kun asiakkaan häviö-, impedanssi- ja siirtymävaatimukset on sovitettu julkaistuun ratkaisuun.

Mitä tiedonsiirtonopeus kertoo – ja ei kerro – sinulle

Tiedonsiirtonopeus luo lähtökohdan spektrianalyysille, mutta modulaatiolla on merkitystä. PCI Express 5.0 toimii nopeudella 32 GT/s käyttäen NRZ:tä, jolloin Nyquist-taajuus on 16 GHz. PCI Express 6.0 toimii nopeudella 64 GT/s käyttäen PAM4:ää ja säilyttää 16 GHz:n Nyquist-taajuuden lisäten samalla FEC- ja FLIT-toiminnan. PCI Express 7.0:n versio 1.0 julkaistiin vuonna 2025 nopeudella 128 GT/s käyttäen PAM4:ää, joka siirtää Nyquist-taajuuden 32 GHz:iin. Nämä julkiset tiedot eivät sinänsä määrittele piirilevyn häviötasoa; sovellettava muotokerroinspesifikaatio tekee niin.

Nyquist-taajuus ei ole korkein tärkeä taajuus. Nousuaika, jitter, ekvalisointi ja epäjatkuvuudet luovat herkkyyttä Nyquist-taajuutta korkeammalle. Samalla mielivaltaisen korkean taajuuden käyttäminen jokaisessa laskennassa voi rajoittaa piirilevyä liikaa. Käytä soveltuvan yhteensopivuusmenetelmän kaistanleveyttä ja maskeja.

Laadi lisäyshäviö- ja epäjatkuvuusbudjetti

Kanavabudjetin tulisi kattaa jokainen fyysinen osa vaatimustenmukaisuusreferenssitasojen välillä. Esimerkiksi julkinen PCI-SIG-materiaali on osoittanut 36 dB:n kokonaiskanavan lisäyshäviöbudjetin 16 GHz:n taajuudella PCIe 5.0 CEM -kanavalle. Tämä luku kuuluu kyseiseen määriteltyyn kanavaan, eikä sitä pitäisi yleistää jokaiseen 32 GT/s topologiaan. Piirilevyn suunnittelijan on vähennettävä toteutukseen sovellettavat kotelon, liittimen, lisäkortin tai emolevyn allokaatiot ennen kuin hän päättää, kuinka paljon jälkihäviötä on saatavilla.

Häviö ei ole yksi dB tuumaa kohden -vakio

Jälkihäviöt muuttuvat taajuuden, viivan leveyden, eristeen paksuuden, kupariprofiilin, lasin rakenteen ja sen mukaan, onko reitti mikroliuska- vai liuskajohto. Datalehden Df-arvoa ei voida muuntaa yleiseksi ulottuvuudeksi. Liittimen ja läpiviennin häviöt ovat myös taajuusriippuvaisia, ja pätkäresonanssi voi luoda kapean ja syvän loven, joka on vahingollisempi kuin tasainen keskimääräinen häviö.

Heijastushäviö ja ylikuuluminen kuluttavat myös katetta

Sarjalinkin arvioinnissa tulisi siksi käyttää protokollan vaadittuja mittareita – kuten kanavan toimintamarginaalia, COM-arvoa, tilastollista silmää tai toimittajakohtaista linkkimallia – pelkän jälkihäviölaskentataulukon sijaan, vaikka yhteys epäonnistuisikin impedanssin epäjatkuvuuskohtien, moodimuunnoksen, lähi- tai kaukopään ylikuulumisen tai virtalähteen kohinan vuoksi.

Valitse materiaali, kupari ja geometria yhdessä

Materiaalivalinnan tulisi perustua erotettuun kanavaan, ei protokollataulukkoon. Dielektrinen järjestelmä, kuparin karheus ja pinoamisgeometria toimivat yhdessä. Leveämpi viiva ohuella dielektrisellä materiaalilla voi vähentää johdinhäviöitä, mutta vie reititystilaa; pienemmän Dk-arvon omaava materiaali voi muuttaa saman impedanssin edellyttämää leveyttä; erittäin sileä folio voi vähentää häviöitä, mutta vaatii pätevän liimausprosessin.

Hybridirakenteissa käytetään pienihäviöistä järjestelmää herkimpiä kanavia sisältävien kerrosten ympärille, kun taas muualla käytetään pätevää tavanomaista materiaalia. Ne voivat olla kustannustehokkaita, mutta tarkka materiaalipari, sidoskerros ja puristussykli on vapautettava. materiaalien valintaopas selittää, miksi MEGTRON-, I-Tera-, Tachyon- ja Rogers-perheitä ei voida pitää automaattisesti vastaavina.

Älä määritä laminaattien nimille protokollasukupolvia

Väittämät, kuten ”MEGTRON 6 tukee kahdeksan tuuman PCIe Gen5 -korttia” tai ”112G:hen tarvitaan Tachyon”, jättävät pois liian monta muuttujaa ollakseen luotettavia. Lyhyt 112G-reitti voi sulkeutua useiden vähähäviöisten järjestelmien yhteyteen; pitkä reitti useilla liittimillä voi vaatia vähähäviöisen rakenteen tai erilaisen järjestelmäarkkitehtuurin. Oikea tulos on simuloitu marginaali todelliselle reitille ja valmistusmallille.

Lasin kudonnan ja vinon

112G:n ja sitä suuremmilla tasoilla lasikudoksen aiheuttama paikallinen viivevaihtelu voi olla verrattavissa parin sisäiseen vinousbudjettiin. Lasin levitys, reitityskulma, johtimen leveys ja parin sijoittelu tulee valita varsinaisen rakenteen mukaan. Piirustuslevyssä tulee yksilöidä mahdolliset rajoitetut lasityypit tai asettelun käyttämä vinouden lieventäminen.

Siirtymien, takaporauksen ja jakamisen kautta

Läpivienti sisältää pad-kapasitanssin, tynnyrin induktanssin ja käyttämättömän tynnyriosan signaaliliitännän ala- tai yläpuolella. Tämä käyttämätön osa toimii tynkänä. Sen resonanssi riippuu sähköisestä pituudesta ja dielektrisestä ympäristöstä, joten kiinteä "protokollan mukainen maksimitynkä" -taulukko on vain suunnitteluheuristiikka. Hyväksyttävän jäännöksen on tultava kanavamallista ja toimittajan syvyyssäätöominaisuudesta.

Takaporaus

Käyttämätön pinnoitettu runko poistetaan syvyysvahvisteisella toissijaisella poralla, jossa on takaporaus. Suunnitelmassa on määriteltävä porattu puoli, kohdekerros, jäljellä olevan poraustynkän nimellinen koko, sallittu syvyystoleranssi, poran ylimitta, viereisiin ominaisuuksiin koskemattomuuden välttäminen ja varmennusmenetelmä. Laatusuunnitelmasta riippuen voidaan käyttää röntgenkuvausta, prosessikuponkeja, mikroleikkausta tai koneellisia syvyysmittareita. ”Jokaisen laudan röntgentarkastus” -lupausta ei tule luvata, ellei tilauksessa nimenomaisesti vaadita ja hinnoitella kyseistä näytteenottoa.

Sokeat reiät ja HDI

Sokeat mikroläpiviennit voivat lyhentää siirtymiä ja parantaa läpivientitiheyttä, mutta pinotut rakenteet tuovat mukanaan rajapintojen luotettavuuteen liittyviä näkökohtia. Läpivientityyppi valitaan BGA-etäisyyden, kerrosten ulottuvuuden, reitityksen ja kelpuutuksen joukosta – ei pelkästään tiedonsiirtonopeuden perusteella. Perinteinen läpivienti, jossa on hyvin suunniteltu vastalevy ja takareikä, voi olla huonosti kelpuutettu pinottu mikroläpivienti parempi.

Viitesiirtymät

Kun signaali vaihtaa kerrosta, sen paluuvirta tarvitsee lähellä olevan reitin vanhan ja uuden referenssitason välille. Jos molemmat referenssit ovat maadoitettuja, läpivientien yhdistäminen voi tarjota kyseisen reitin. Jos referenssi muuttuu tehon ja maan välillä, saatetaan tarvita oikein sijoitettu irrotusreitti. Väli määräytyy siirtymägeometrian ja taajuuden mukaan; yleinen 50 milin sääntö ei korvaa analyysiä.

Kuva 3. 10-kerroksisen nopean piirilevyn pinoaminen ja kanavien tarkastelu.

Valmistusta edeltävä ja sen jälkeinen tarkastus

Ennen valmistusta

Valmistusesikatselmuksessa tulisi vahvistaa pinoaminen, materiaalirakenteet, impedanssiluokat, kuparimalli, kriittiset läpiviennit, vastaporauksen määritys ja kuponkisuunnitelma. Nopeimpien linkkien osalta verrataan suunnittelun jälkeistä poistoa vaatimustenmukaisuusmalliin ja sisällytetään valmistuksen kulmat pelkän nimellisen geometrian sijaan.

Valmistuksen jälkeen

Tavalliset paljaiden piirilevyjen tiedot voivat tilattaessa sisältää sähköisten testien ja kontrolloidun impedanssin tulokset. Suurnopeusohjelmat saattavat lisäksi pyytää lisäyshäviömittauksia, vastaporausmittauksia, mikroleikkauksia, materiaalitodistuksia tai alkuperäisiä S-parametritietoja. Vaadittavasta asiakirjapaketista tulee sopia ennen tarjouksen tekemistä; ei ole realistista väittää, että jokainen ennakkoraportti toimitetaan jokaisen piirilevyn mukana.

IPC-TM-650 sisältää menetelmät ominaisimpedanssin ja signaalihäviön testaukseen, mutta asiakkaan on silti määriteltävä edustava kuponki, hyväksymisraja, näytteenotto ja erän käsittely. Vaatimustenmukaisuuden kannalta kriittisen tuotteen kohdalla kuponkitiedot tulisi korreloida uutetun reittimallin kanssa sen sijaan, että kuponkia käsiteltäisiin erillisenä sertifiointina.

Pikavalmistustarjousta varten tarvittavat tiedot

Tarjous voidaan antaa nopeasti vain, kun tekninen paketti on valmis. Toimita alkuperäiset valmistustiedot, poraus- ja reittitiedostot, verkkoluettelo, julkaistut pinoamis- tai pinoamisrajoitukset, impedanssitaulukko, materiaalin hyväksyntäsääntö, kuparivaatimus, vastaporauspiirustus, syvyysrajoitusten määritelmät, pinnanlaatu, piirilevyn luokka, määrä ja tarvittavat raportit.

Kanavaherkkien suunnittelujen osalta on ilmoitettava myös rajapinnan/muotokertoimen spesifikaatio, kriittisten kerrosten määritykset, suurimmat mahdolliset reitti- tai poimitut häviökohteet, mahdolliset kielletyt materiaalit tai lasityypit sekä se, voiko valmistaja säätää hallittua geometriaa. Tunnista ominaisuudet, jotka vaativat asiakkaan hyväksynnän ennen CAM-muutoksia.

Valmistusreitti ja -tiedot on kuvattu 10-kerroksisen valmistusopasKustannukset tulisi arvioida koko rakentamisen perusteella, ei kiinteän "suurnopeuslisämaksun" perusteella.

Pyydä nopeaa 10-kerroksisen piirilevyn tarkistusta

Mallivalmistus- ja toimintakulmat

Pelkkä nimellinen kanavatulos ei riitä tuotantojulkaisuun. Mallin tulisi sisältää realistiset korkean ja matalan häviön kulmat: dielektrisen paksuuden, Dk/Df-arvon, syövytetyn leveyden, kuparin karheuden, kohdistuksen ja vastaporauksen jäännösarvon. Lämpötila voi myös muuttaa dielektristä käyttäytymistä ja vastaanottimen marginaalia. Tarkoituksena ei ole yhdistää kaikkia pahimpia tapauksia epärealistisesti, vaan tunnistaa marginaalia hallitsevat muuttujat ja varmistaa, että hankintatoleranssi kontrolloi niitä.

Korreloi simulointi- ja valmistusdataa ensimmäisessä artikkelissa. TDR-kuponki voi validoida impedanssin, häviökuponki voi validoida valitun dielektrisen/kuparimallin ja vastaporauskuponki tai mikroleikkaus voi validoida jäännöstynkäoletuksen. Kun mitatut tiedot poikkeavat mallista, päivitä malli tai prosessi ennen rakenteen käyttöä uudelleenkäytettävänä nopeana alustana.

Protokollan noudattaminen on edelleen järjestelmän vastuulla

Paljaspiirilevyjen toimittaja voi varmistaa rakenteen, sähköisen jatkuvuuden, edustavan impedanssin ja sovitut kupongit. Se ei voi sertifioida täydellistä PCIe-, Ethernet- tai muistilinkkiä ilman koottuja laitteita, paketteja, liittimiä, laiteohjelmistoa ja vaatimustenmukaisuustestausasetuksia. Verkkosivuston kielenkäytössä tulisi erottaa "valmistettu asiakkaan julkaisemien suurnopeusvaatimusten mukaisesti" ja "protokollasertifioitu".

Standardien tila ja täytäntöönpanon rajat

Liitäntöjen nimet on sidottava tuotteen käyttämään versioon ja kokoluokkaan. PCI Express 7.0 versio 1.0 julkaistiin vuonna 2025, mutta piirilevytason rajoitukset riippuvat edelleen sovellettavista perus- ja kokoluokka-asiakirjoista. IEEE 802.3df-2024 kattaa 400 Gb/s ja 800 Gb/s Ethernetin. Työ 1.6 Tb/s Ethernetin ja muiden 200/400/800 Gb/s fyysisten kerrosten parissa jatkuu IEEE P802.3dj:n alaisuudessa, joten tähän työhön perustuvassa suunnittelussa on yksilöitävä käytetty tarkka luonnos tai asiakasspesifikaatio. OIF 224G -luokan projektit määrittelevät samoin useita ulottuvuusluokkia yhden universaalin piirilevykanavan sijaan.

Tällä erolla on merkitystä valmistuksessa, koska häviömaskit, kokoonpano-oletukset, liittimet, testauslaitteet ja ekvalisointi vaihtelevat toteutuksen mukaan. Toimittajan ei tulisi koskaan muuntaa arvoja "800G", "1.6T" tai "224G" kiinteäksi materiaaliksi, jäljityspituudeksi tai vastaporauksen arvoksi ilman hallitsevan kanavan määritelmää.

Nopea kanavan uloskirjautuminen

• Tunnista rajapinnan versio, muoto, päätepisteet ja vaatimustenmukaisuusmenetelmä.
• Jaa häviöt, heijastushäviöt, ylikuulumiset ja epäjatkuvuusmarginaalit koteloiden, piirilevyjen, läpivientien ja liittimien välillä.
• Valitse laminaatti, kupariprofiili ja geometria uutetusta kanavasta protokollan otsikon sijaan.
• Mallinna valmistuskulmat dielektrisen paksuuden, Dk/Df:n, kuparin karheuden, viivan leveyden, läpisyvyyden ja kohdistuksen suhteen.
• Määrittele edustavat impedanssi- ja häviökupongit erikseen tuotetason vaatimustenmukaisuustestauksesta.
• Julkaise samat pino- ja kokoonpanopäivitykset asettelu-, simulointi-, valmistus- ja testaustiimeille.

Simulaatiosta ensimmäisen artikkelin korrelaatioon

Kanavamalli on hyödyllisin silloin, kun valmistettu ensimmäinen artikkeli voidaan yhdistää takaisin sen oletuksiin. Korrelaatiosuunnitelman tulisi yksilöidä, mitkä mitat ja materiaalimuuttujat mitataan, mitä kuponkeja testataan ja miten nämä tulokset päivittävät mallia.

Korrelaatio ei tarkoita mitattujen tietojen pakottamista vastaamaan optimistista mallia. Se tarkoittaa mallin päivittämistä todellisella valmistetulla rakenteella ja sen määrittämistä, täyttääkö kanava edelleen marginaalin prosessi- ja käyttökulmissa. Kun korrelaatio paljastaa, että kuparin karheus, hartsipitoisuus tai läpivientireiän syvyys poikkeaa oletuksesta, korjaava toimenpide voi olla materiaalinhallinnan muutos, siirtymän uudelleensuunnittelu tai tarkistettu reititysraja – ei pelkästään tiukempi impedanssitoleranssi.