DDR5 ve PCIe için 10 Katmanlı Yüksek Hızlı PCB Mühendisliği

On katmanlı bir devre kartı, zorlu dijital bağlantıları destekleyebilir, ancak katman sayısı tek başına uyumluluğu belirlemez. Sonuç, komple kanala bağlıdır: verici paketi, bağlantı noktası, geçiş yolları, yönlendirilmiş iletim hattı, konektör veya kablo arayüzü, alıcı paketi ve eşitleme. Üstün kaliteli laminatlı bir devre kartı bile, rezonanslı bir geçiş yolu ucu veya kırık bir geri dönüş yolu nedeniyle başarısız olabilir; daha ekonomik bir malzemeden yapılmış daha kısa bir kanal, geçişler iyi tasarlandığında başarılı olabilir.

Bu sayfa kanal mühendisliği etrafında düzenlenmiştir. Genel protokol bilgilerini form faktörüne özgü sınırlamalardan ayırır, kayıp ve süreksizlik payının nasıl tahsis edileceğini gösterir ve bir üreticinin sağlayabileceği kanıtları tanımlar. Ayrıntılı geometri şu bölüme aittir: empedans kontrol spesifikasyonuYerleşim planı uygulaması ise şuraya aittir: rota kılavuzu.

Protokol etiketinden değil, kanaldan başlayın.

“PCIe Gen6 uyumlu”, “112G malzeme” ve “800G PCB” eksik tanımlamalardır. Bir protokol, farklı konektörler, erişim mesafeleri ve kanal maskeleriyle çeşitli form faktörlerinde görünebilir. Aynı veri hızı, çok farklı kayıp dağılımına sahip kısa bir çip-çip bağlantısı, anakart-ek kart bağlantısı veya arka panel üzerinden yönlendirilebilir.

Tedarikçi, yalnızca malzeme adı ve katman sayısına bakarak bir arayüz için destek sözü vermemelidir. Sorumlu bir yanıt koşulludur: Önerilen yapı, müşterinin kayıp, empedans ve geçiş gereksinimleri, piyasaya sürülmüş bir katman yapısıyla eşleştirildikten sonra fiyatlandırılabilir ve inşa edilebilir.

Veri Hızı Size Ne Anlatır ve Ne Anlatmaz?

Veri hızı, spektral analiz için bir başlangıç ​​noktası oluşturur, ancak modülasyon önemlidir. PCI Express 5.0, NRZ kullanarak 32 GT/s hızında çalışır ve 16 GHz Nyquist frekansı sağlar. PCI Express 6.0, PAM4 kullanarak 64 GT/s hızında çalışır ve 16 GHz Nyquist frekansını korurken FEC ve FLIT işlemlerini de ekler. PCI Express 7.0 sürüm 1.0, 2025 yılında PAM4 kullanarak 128 GT/s hızında piyasaya sürüldü ve Nyquist frekansını 32 GHz'e taşıdı. Bu kamuya açık bilgiler tek başına kart kayıp bütçesini tanımlamaz; ilgili form faktörü spesifikasyonu tanımlar.

Nyquist frekansı, önemli olan en yüksek frekans değildir. Yükselme süresi, titreşim, eşitleme ve süreksizlikler, Nyquist'in üzerinde hassasiyet yaratır. Aynı zamanda, her hesaplama için keyfi olarak yüksek bir frekans kullanmak, kartı aşırı kısıtlayabilir. Uygulanabilir uyumluluk yöntemindeki bant genişliğini ve maskeleri kullanın.

Ekleme Kaybı ve Süreksizlik Bütçesi Oluşturun

Kanal bütçesi, uyumluluk referans düzlemleri arasındaki her fiziksel bölümü hesaba katmalıdır. Örneğin, kamuya açık PCI-SIG materyali, bir PCIe 5.0 CEM kanalı için 16 GHz'de 36 dB'lik toplam kanal ekleme kaybı bütçesi göstermiştir. Bu sayı, tanımlanmış kanala aittir ve her 32 GT/s topolojisine genelleştirilmemelidir. Kart tasarımcısı, ne kadar iz kaybının mevcut olduğuna karar vermeden önce, uygulamaya uygulanan paket, konektör, eklenti kartı veya ana kart tahsislerini çıkarmalıdır.

Kayıp, inç başına tek bir dB sabiti değildir.

İz kaybı frekansa, hat genişliğine, dielektrik kalınlığına, bakır profiline, cam yapısına ve hattın mikroşerit mi yoksa şerit hat mı olduğuna bağlı olarak değişir. Veri sayfasındaki Df değeri evrensel bir erişime dönüştürülemez. Konnektör ve geçiş kayıpları da frekansa bağlıdır ve bir uç rezonansı, düzgün ortalama kayıptan daha zararlı olan dar ve derin bir çentik oluşturabilir.

Getiri kaybı ve çapraz etkileşim de marjı tüketir.

Bir bağlantı, ekleme kaybı değerini karşılasa bile empedans süreksizlikleri, mod dönüşümü, yakın veya uzak uç karışması veya güç kaynağı gürültüsü nedeniyle bağlantı noktasını kapatabilir ve bu da bağlantının başarısız olmasına neden olabilir. Bu nedenle, seri bağlantı değerlendirmesi, yalnızca iz kaybı hesap tablosu yerine, protokolün gerektirdiği ölçütleri (örneğin kanal çalışma marjı, COM, istatistiksel bağlantı noktası veya satıcıya özgü bir bağlantı modeli) kullanmalıdır.

Malzeme, Bakır ve Geometriyi Birlikte Seçin

Malzeme seçimi, protokol tablosuna değil, çıkarılan kanala göre yapılmalıdır. Dielektrik sistem, bakır pürüzlülüğü ve katman geometrisi birlikte çalışır. İnce bir dielektrik üzerinde daha geniş bir hat, iletken kaybını azaltabilir ancak yönlendirme alanını tüketebilir; daha düşük Dk değerine sahip bir malzeme, aynı empedans için gereken genişliği değiştirebilir; çok pürüzsüz bir folyo kaybı azaltabilir ancak nitelikli bir yapıştırma işlemi gerektirebilir.

Hibrit yapılar, en hassas kanalları taşıyan katmanların etrafına düşük kayıplı bir sistem yerleştirirken, diğer yerlerde nitelikli geleneksel bir malzeme kullanır. Maliyet açısından verimli olabilirler, ancak tam malzeme çifti, yapıştırma katmanı ve presleme döngüsü belirlenmelidir. malzeme seçimi kılavuzu MEGTRON, I-Tera, Tachyon ve Rogers ailelerinin neden otomatik olarak eşdeğer kabul edilemeyeceğini açıklıyor.

Laminat adlarına protokol nesilleri atamayın.

“MEGTRON 6, sekiz inçlik PCIe Gen5'i destekler” veya “112G için Tachyon gereklidir” gibi ifadeler, güvenilir olmak için çok fazla değişkeni göz ardı eder. Kısa bir 112G rotası, birkaç düşük kayıplı sistemde kapanabilir; birden fazla konektöre sahip uzun bir rota, daha düşük kayıplı bir yapı veya farklı bir sistem mimarisi gerektirebilir. Doğru çıktı, gerçek rota ve üretim modeli için simüle edilmiş bir marjdır.

Cam örgü ve eğik

112G ve üzeri kalınlıklarda, cam örgüsünden kaynaklanan yerel gecikme varyasyonu, çift içi eğim bütçesiyle karşılaştırılabilir hale gelebilir. Yayılmış cam, yönlendirme açısı, iz genişliği ve çift yerleşimi, gerçek yapıya göre seçilmelidir. Kart çizimi, kısıtlanmış cam stillerini veya yerleşim düzeni tarafından kullanılan eğim azaltma yöntemini belirtmelidir.

Geçişler, Geriye Doğru Sondaj ve Çıkış Yöntemleri aracılığıyla

Bir geçiş bağlantısı, ped kapasitansını, namlu endüktansını ve sinyal bağlantısının altında veya üstünde kullanılmayan bir namlu bölümünü içerir. Bu kullanılmayan bölüm bir kısa devre gibi davranır. Rezonansı elektriksel uzunluğa ve dielektrik ortama bağlıdır, bu nedenle sabit bir "protokole göre maksimum kısa devre" tablosu yalnızca bir planlama sezgiselidir. Kabul edilebilir artık değer, kanal modelinden ve tedarikçinin derinlik kontrol yeteneğinden gelmelidir.

Geri delme

Geri delme işlemi, kullanılmayan kaplamalı namluyu kontrollü derinlikte ikincil bir matkapla çıkarır. Tasarımda delinen taraf, hedef katman, nominal kalan boşluk, izin verilen derinlik toleransı, matkap ucu büyüklüğü, bitişik özelliklere olan mesafe ve doğrulama yöntemi tanımlanmalıdır. Kalite planına bağlı olarak röntgen, işlem numuneleri, mikro kesit veya makine derinlik kayıtları kullanılabilir. Sipariş açıkça bu örneklemeyi gerektirmediği ve fiyatlandırmadığı sürece, "her levhada röntgenle doğrulanmıştır" sözü verilmemelidir.

Kör geçişler ve HDI

Kör mikrovialar geçişleri kısaltabilir ve çıkış yoğunluğunu artırabilir, ancak üst üste yığılmış yapılar arayüz güvenilirliği hususlarını gündeme getirir. Via tipi, yalnızca veri hızına göre değil, BGA çıkışına, katman erişimine, yönlendirmeye ve kalifikasyona göre de seçilir. İyi tasarlanmış bir antipad ve arka delme işlemine sahip geleneksel bir geçiş via'sı, kötü kalifiye edilmiş üst üste yığılmış bir mikrovia'dan daha iyi performans gösterebilir.

Referans geçişleri

Bir sinyal katman değiştirdiğinde, geri dönüş akımının eski ve yeni referans düzlemleri arasında yakın bir yola ihtiyacı vardır. Her iki referans da toprak ise, birleştirme geçişleri bu yolu sağlayabilir. Referans güç ve toprak arasında değişiyorsa, uygun şekilde yerleştirilmiş bir ayırma yoluna ihtiyaç duyulabilir. Aralık, geçiş geometrisi ve frekans tarafından belirlenir; evrensel 50 mil kuralı, analizin yerini tutmaz.

Şekil 3. 10 katmanlı yüksek hızlı PCB katman yapısı ve kanal incelemesi.

Üretim Öncesi ve Üretim Sonrası Doğrulama

fabrikasyondan önce

Üretim öncesi inceleme, katman düzenini, malzeme yapılarını, empedans sınıflarını, bakır modelini, kritik geçiş yollarını, arka delme tanımını ve numune planını doğrulamalıdır. En yüksek hızlı bağlantılar için, yerleşim sonrası çıkarımı uyumluluk modeliyle karşılaştırın ve yalnızca nominal geometri yerine üretim köşelerini de dahil edin.

Üretimden sonra

Standart çıplak devre kartı kayıtları, sipariş edildiğinde elektriksel test ve kontrollü empedans sonuçlarını içerebilir. Yüksek hızlı programlar ayrıca ekleme kaybı numuneleri, arka delme ölçümleri, mikro kesitler, malzeme sertifikaları veya ilk numune S-parametresi verilerini de isteyebilir. Gerekli belge paketi, fiyat teklifinden önce kararlaştırılmalıdır; her gelişmiş raporun her devre kartıyla birlikte gönderileceğini iddia etmek gerçekçi değildir.

IPC-TM-650, karakteristik empedans ve sinyal kaybı test yöntemlerini içerir, ancak müşteri yine de temsili numuneyi, kabul limitini, örneklemeyi ve parti düzenlemesini tanımlamak zorundadır. Uyumluluk açısından kritik bir ürün için, numuneyi bağımsız bir sertifikasyon olarak ele almak yerine, numune verilerini çıkarılan rota modeliyle ilişkilendirin.

Yüksek Hızlı Üretim Teklifi İçin Gerekli Bilgiler

Teknik paket eksiksiz olduğunda fiyat teklifi hızlı bir şekilde verilebilir. Yerel üretim verileri, delme ve yönlendirme dosyaları, netlist, onaylanmış katman yapısı veya katman yapısı kısıtlamaları, empedans tablosu, malzeme onay kuralı, bakır gereksinimi, arka delme çizimi, kontrollü derinlik tanımları, yüzey işlemi, kart sınıfı, miktar ve gerekli raporlar sağlanmalıdır.

Kanala duyarlı tasarımlar için, arayüz/şekil faktörü spesifikasyonunu, kritik katman atamalarını, maksimum yol veya çıkarılan kayıp hedeflerini, yasaklanmış malzeme veya cam stillerini ve imalatçının kontrollü geometriyi ayarlayıp ayarlayamayacağını da belirtin. CAM değişikliklerinden önce müşteri onayı gerektiren özellikleri tanımlayın.

Üretim süreci ve kayıtları aşağıdaki bölümde açıklanmıştır. 10 katmanlı üretim kılavuzuMaliyet, sabit bir "yüksek hızlı ek ücret" üzerinden değil, tüm inşaat maliyeti üzerinden değerlendirilmelidir.

Yüksek Hızlı 10 Katmanlı PCB İncelemesi Talep Edin

Model Üretimi ve İşletme Köşeleri

Üretim aşaması için nominal bir kanal sonucu yeterli değildir. Elde edilen model, gerçekçi yüksek ve düşük kayıplı durumları içermelidir: dielektrik kalınlığı, Dk/Df, aşındırma genişliği, bakır pürüzlülüğü, via hizalaması ve geri delme kalıntısı. Sıcaklık da dielektrik davranışını ve alıcı marjını değiştirebilir. Amaç, her en kötü durumu gerçekçi olmayan bir şekilde birleştirmek değil, marjı belirleyen değişkenleri tanımlamak ve tedarik toleransının bunları kontrol ettiğini doğrulamaktır.

İlk ürün aşamasında simülasyon ve üretim verilerini ilişkilendirin. Bir TDR numunesi empedansı doğrulayabilir, bir kayıp numunesi seçilen dielektrik/bakır modelini doğrulayabilir ve bir arka delme numunesi veya mikro kesit, artık uç varsayımını doğrulayabilir. Ölçülen veriler modelden farklı olduğunda, yapıyı yeniden kullanılabilir yüksek hızlı bir platform olarak kullanmadan önce modeli veya süreci güncelleyin.

Protokol uyumluluğu sistemin sorumluluğundadır.

Sadece devre kartı tedarikçisi, yapıyı, elektriksel sürekliliği, temsili empedansı ve üzerinde anlaşılmış kuponları doğrulayabilir. Ancak, monte edilmiş cihazlar, paketler, konektörler, bellenim ve uyumluluk test kurulumu olmadan eksiksiz bir PCIe, Ethernet veya bellek bağlantısını sertifikalandıramaz. Web sitesi dili, "müşterinin yayınladığı yüksek hızlı gereksinimlere göre üretilmiştir" ifadesini "protokol sertifikalı" ifadesinden ayırmalıdır.

Standartların Durumu ve Uygulama Sınırları

Arayüz adları, ürün tarafından kullanılan revizyon ve form faktörüne bağlı olmalıdır. PCI Express 7.0 Sürüm 1.0 2025 yılında piyasaya sürüldü, ancak kart seviyesi sınırları hala geçerli temel ve form faktörü belgelerine bağlıdır. IEEE 802.3df-2024, 400 Gb/s ve 800 Gb/s Ethernet'i kapsar. 1.6 Tb/s Ethernet ve ek 200/400/800 Gb/s fiziksel katmanlar üzerindeki çalışmalar IEEE P802.3dj altında devam etmektedir, bu nedenle bu çalışmaya dayalı bir tasarım, kullanılan tam taslağı veya müşteri spesifikasyonunu belirtmelidir. OIF 224G sınıfı projeler de tek bir evrensel PCB kanalı yerine birden fazla erişim kategorisi tanımlar.

Bu ayrım, üretim açısından önemlidir çünkü kayıp maskeleri, paket varsayımları, konektörler, test düzenekleri ve eşitleme, uygulamaya göre farklılık gösterir. Bir tedarikçi, geçerli kanal tanımı olmadan asla "800G", "1.6T" veya "224G" değerlerini sabit bir malzeme, iz uzunluğu veya geri delme değerine dönüştürmemelidir.

Yüksek Hızlı Kanal Sonlandırma

• Arayüz revizyonunu, form faktörünü, uç noktaları ve uyumluluk yöntemini belirleyin.
• Paketler, devre kartları, geçiş yolları ve konektörler genelinde kayıp, geri dönüş kaybı, çapraz etkileşim ve süreksizlik payını dağıtın.
• Laminat, bakır profil ve geometriyi protokol etiketinden değil, çıkarılan kanaldan seçin.
• Dielektrik kalınlığı, Dk/Df, bakır pürüzlülüğü, hat genişliği, geçiş derinliği ve hizalama için model üretim kriterleri.
• Temsili empedans ve kayıp kuponlarını, ürün düzeyindeki uyumluluk testlerinden ayrı olarak tanımlayın.
• Aynı katman dizilimi ve ped-yığın revizyonlarını yerleşim, simülasyon, imalat ve test ekiplerine iletin.

Simülasyondan İlk Makale Korelasyonuna

Bir kanal modeli, üretilen ilk ürünün varsayımlarıyla ilişkilendirilebildiği durumlarda en kullanışlıdır. Korelasyon planı, hangi boyutların ve malzeme değişkenlerinin ölçüleceğini, hangi numunelerin test edileceğini ve bu sonuçların modeli nasıl güncelleyeceğini belirlemelidir.

Korelasyon, ölçülen verileri iyimser bir modele uydurmaya zorlamak anlamına gelmez. Bunun yerine, modeli gerçek imalat yapısıyla güncellemek ve kanalın proses ve işletme köşelerinde hala marjı karşılayıp karşılamadığını belirlemek anlamına gelir. Korelasyon, bakır pürüzlülüğünün, reçine içeriğinin veya geçiş derinliğinin varsayımdan farklı olduğunu ortaya koyduğunda, düzeltici eylem, sadece daha sıkı bir empedans toleransı değil, malzeme kontrolünde bir değişiklik, geçiş yeniden tasarımı veya revize edilmiş bir yönlendirme limiti olabilir.