PCB软板上能跑多高的速率？

公众号:高速先生

作者:黄刚

大多数朋友都很想知道的一个问题:

PCB硬板上能跑多高的速率:10Gbps,25Gbps,56Gbps甚至112Gbps都行!

PCB软板上能跑多高的速率:呃……

是的,在硬板和软板的应用中,可能更多朋友关注的是硬板的设计和应用,而且这些年高速先生已经成功把硬板的高速信号速率从10G提高到目前的112G的设计了。与之对比,高速先生在软板上的文章相对比较少哈,当然这也是行业内的应用环境和比例是有关的。不过随着这些年大家的应用环境发生一些改变后,应用到软板来传输高速数字信号的设计变得越来越多。有非常多的朋友在我们的研讨会或者展会上看到我们展示的一些软硬结合板的设计,都忍不住会问软板能传输多高的速率呢?高速先生一度也没有一个很肯定的答案回答大家,于是高速先生自己做了一块软硬结合板来看看到底高速信号软板上的性能是怎么样的。

但是,循例我们是应该介绍下软板的一些知识哈,先说一些比较正经的介绍。软硬结合板,又叫Rigid-FlexBoard,是软板(FPC)技术和传统的硬板相结合的产物。它具有软板的挠性,可弯折的灵活特性,同时又有硬板的刚性区域来实现器件的贴装。对节省产品内部空间,减少成品体积,提高产品性能有很大的帮助。

最开始的软硬结合板结构相对简单,软板区域层数不多,硬板区域的层数相对也比较一致。随着产品功能越来越复杂,软硬结合板的设计要求也日趋复杂,软板区域的层数开始增加,硬板区域的层数也变得不固定,在设计中对于高可靠性软硬板,结构首选结构1和结构2;有阻抗屏蔽要求时选择结构3;高密度需求,选用结构4;软板有插拔金手指,选用结构5;双面软硬结构选择结构6(不推荐);特定安装需求可选择结构7、结构8。

当然还有很多和工艺相关的知识,篇幅关系,这里就不一一介绍了,以后有机会我们专门来讲哈,本文我们还是聚焦到SI的性能上面去!

对了,刚刚说到的是我们设计了一款测试板来验证高速信号在软板上的性能,就长下面这个样子了。

在上面我们验证了很多种不同的软板走线结构,包括上面说的结构1,2,3,4。

不过我们今天不讲太多对比,我们就讲个大家最关心的通用结构的情况。我们挑选这块测试板的下面这根软件走线进行测试,它是一根内层的软板走线,如下所示:

这是大家能想到的最简单的软板结构了,而且是实心铜的做法,什么叫实心铜的软板,这里先卖个关子,后面会解释哈。

我们测试这根软板走线的损耗,发现在我们所测试到的20GHz的频段内,整根走线都非常的线性,从线性度来看基本上和在硬板上的信号没啥区别,而损耗对于这个长度而且也是很好的情况。

当然前面说了,这个是在实心铜情况下的软板结构设计。所谓实心铜,也就是说在大规模铺铜的地方,例如地平面是和硬板的做法是一样的,铺满实心的铜皮。但是从使用性来说,对于软板是不利的,因为铜的占比越多,弯折性就越差。于是,为了向软板的弯折性妥协,行业内就研究出了另外一种做法,也就是网格铜的软板结构,就像我们测试板的这根走线一样。

没错,你们从图上看到的地平面的洞洞就是没有铜的,我们这块测试板做的是20mil*20mil的网格铜,这种网格铜先不说SI性能,从弯折性来说的话是有了明显的改善,在我们研讨会或者展会现场的朋友都亲身试过,的确柔软了不少。

但是柔软归柔软,从我们SI的一些理论来分析,它必然会对我们高速信号的性能带来一定的影响。因为这就会导致这根走线的参考平面不完整,阻抗会持续的发生突变,看起来都不满足高速信号要保证参考平面完整的这一条最基本的原则。但是大家也不会太灰心,因为从它的测试结果来看,也没有差到一个朋友都没有的地步哈。至少在10GHz以内也还是非常的线性的,损耗也没有明显的变差。

所以说软板这一块也还是能应用在高速信号的,基本上走到10Gbps的信号都没有任何问题的。如果在设计上再把握得好一点的话,我相信有可能直接升上25Gbps哈!不过软板的设计还是会有很多影响的因素,例如加工误差因素,软硬交界位置的设计难度,还是使用的因素,都会导致软板的一些不稳定性,因此大家在使用软板方案之前还是需要好好的规划哦!