DesignCon文章解讀之玻纖效應(yīng)限制了我們對高速的想象？

高速先生喜歡把信號傳輸比喻成在公路上開車，道路的平坦度很像我們的銅箔粗糙度，你在崎嶇不平的路上開車不可能開得很快，就好像信號在比較粗糙的普通銅箔傳輸，越高速損耗越大。實際上信號還存在著等長不等時的情況，一樣長度的信號，在介質(zhì)的不同位置傳輸，他們到達終點的時間也會不一樣。

業(yè)界把這種由于介質(zhì)導致信號傳輸延時有差異的現(xiàn)象叫玻纖效應(yīng)。其實這個概念早在10G設(shè)計仿真的時候就存在了，說明它的危害在這個頻段就已經(jīng)開始突顯了。但是玻纖效應(yīng)還是一個不好去量化的現(xiàn)象，也不是必然出現(xiàn)或者必然不出現(xiàn)的情況，所以我們對玻纖效應(yīng)的仿真只能去等效或者定性的去分析趨勢。

這篇paper卻給了我們一種能夠定量分析的方法，用仿真校準、用公式去擬合，是一種全新的思路。題目也非常通俗易懂：如何對玻纖效應(yīng)去建模校準測試結(jié)果，同時也從一些設(shè)計角度來說明它的影響。

首先本文先測試結(jié)果的角度出發(fā)，希望找到玻纖效應(yīng)的worst case的影響，正如上文所說，我們很難找到玻纖效應(yīng)引起的最差的結(jié)果，因此方法就是增加測試的樣本，用統(tǒng)計的方式去處理，從大量樣本的提取增加找到worst case的機會。

為此本文做了一塊測試板來專門分析，分析不同的走線方向，板上不同的區(qū)域，不同的玻璃布情況下的測試結(jié)果。

我們可以看到從X方向到Y(jié)方向的走線在不同的玻璃布和板上位置的差分對間的skew如下所示：從測試結(jié)果還是能看到一些結(jié)論，例如玻纖效應(yīng)并不是兩個方向都如此惡劣，會有一個方向好一點，一個方向差一點。

實際上從本文針對這個測試結(jié)果也并沒有很完全的結(jié)論，還是認為測試并不一定能反映玻纖效應(yīng)最惡劣情況。

所以本文就有了用建模的方式去說明玻纖效應(yīng)的動力。

對于建模的方法和過程也是有了說明，首先是從測試結(jié)果出發(fā)，分析測試結(jié)果的差分線P和N之間的skew，然后通過真實的切片來確認玻纖布和樹脂的位置參數(shù)，例如pitch大小，然后根據(jù)切片的參數(shù)進行三維的建模，然后對模型進行仿真，在校準測試結(jié)果后，就可以通過掃描模型相關(guān)參數(shù)位置的方法仿真得到最差的情況。

再詳細點的步驟如下，其實也很簡單易懂。

1，根據(jù)切片進行建模

2，對模型進行仿真

3，進行仿真測試的校準擬合，通過設(shè)定各項的目標去掃描玻璃布和樹脂的DK，DF值。

單根N和P走線損耗的校準目標為1dB：

相位的校準為0.2%的誤差目標：

對時域TDT的校準，確定仿真的玻璃布和樹脂的DK、DF值。

我們得到一個良好的仿真測試校準精度后，就可以通過掃描走線的位置去得到仿真的worst case結(jié)果，如下所示：

在這里本文也給了一個建模仿真的結(jié)論，其中重要的一條就是認為經(jīng)過校準之后，可以比測試更容易得到玻纖效應(yīng)的worst case情況。

上面是本文的第一大塊的內(nèi)容點，然后我們進入第二塊內(nèi)容，分析玻纖效應(yīng)對PCB設(shè)計的影響，主要分析差分線是強耦合走線表層和差分線弱耦合走在內(nèi)層的區(qū)別。

我們的建模模型如下所示：

我們可以看到，在松耦合帶狀線的情況下，skew對損耗的影響非常大，會在對應(yīng)頻段出現(xiàn)很尖峰的諧振點。

而且還有很重要的一點，在占UI相同比例的情況下，我們觀測不同速率的損耗衰減的差異是一樣的。例如我們看10G和25G的基頻處，在占相同UI的比例的skew的情況下，損耗變化是一樣的。

但是在表層線緊耦合的時候，同樣的skew卻有很大的差異。我們可以看到，在表層緊耦合的情況，skew的影響明顯比在內(nèi)層時要好。

而且同樣UI比例的skew變化時，頻率越高skew的影響越小，這一點和內(nèi)層情況完全不同。

實際上這里的差別除了表層和內(nèi)層外，還有松緊耦合的差別，你們或許會問，如果我在表層也是松耦合時，情況會不會同樣很差呢？沒錯，正是這樣的，在表層耦合得越緊，就有更多的電磁場在空氣中傳輸，由于空氣的DK低，因此諧振的情況就會變好。隨著耦合變?nèi)?，skew的影響也會變得惡化。

本文到這里就結(jié)束了嗎？？然而還沒有，我們進入到第三大塊的分析，前面說了，我們可以通過建模來進行仿真測試的擬合，然而玩過三維建模的同行會知道，建一個玻纖布的模型不是件容易的事情，所以本文展示它厲害的方面，同公式去擬合。

我們用以下的公式進行擬合，理論其實也很簡單，就是通過skew把損耗聯(lián)系起來。

對于內(nèi)層和外層，本文在公式上也做了一些校準，從和仿真與測試的結(jié)果對比來看，該擬合的公式還是具有不錯的精度。

內(nèi)層擬合：

外層擬合會復雜很多，原因就是存在空氣的影響，介質(zhì)不是單一的。

稍微總結(jié)一下哈，本文算是分析玻纖效應(yīng)比較深入的一篇文章，分析了大量的測試結(jié)果，介紹了建模仿真的方法和仿真和測試的校準擬合，而且還分析了玻纖效應(yīng)對一些典型的走線的影響差異，而且還通過公式擬合的方法對仿真和測試結(jié)果進行擬合（這是本人第一次看到的方法哈），該方法相對仿真來說可以在效率和精度上做一個很好的平衡，對以后定量分析玻纖效應(yīng)的影響提供了一個不錯的思路。

只能說，玻纖效應(yīng)的確限制了我們對更高速發(fā)展的期望！