在最近的EDI CON 2017上，对我来说最重要的事件是高速数字研讨会，这是一个会议中的会议。这个三小时的活动的主题是我们如何获取有关电路板互连材料特性的信息并将其集成到模拟中以准确预测通道性能?
完全披露，我很幸运地跟随受邀演讲者并主持了这组行业专家，其中包括，如图1所示:Al Horn, Rogers Corp, Brandon Gore, Samtec, Bert Simonovich, Lamsim Enterprises, Jason Ellison, Siemon Corp和Al Neves, Wild River Technologies。以下是演讲中的一些亮点。
图1所示。在高速数字研讨会上发言的专家小组。
来自Samtec的Brandon Gore介绍了原位玻璃织物表征。
玻璃编织歪斜是层压板的一个难以表征的特征，因为它是基于统计的。这通常意味着必须测量大量的走线才能得到最坏情况下的偏差。布兰登提出了一个聪明的测试结构设计，保证找到最坏情况的倾斜。
该结构是一个由七英寸半长单端线组成的阵列，从两端进行探测。每条连续的线与下一条线之间的距离比前一条相邻的线要远1密耳，如图2所示。这意味着无论第一行与玻璃编织的对齐方式如何，很有可能阵列中的一条线将超过树脂丰富，而阵列中的另一条线将超过玻璃到达区域。
图2。每条测试线与下一条的距离都比前一条远1密耳。
最小和最大延迟，从14 GHz插入损耗的未包裹相位测量，代表了特定层压结构最坏情况下的玻璃编织倾斜。通过观察metron6层压板中的1078型和1035型玻璃，他测量到玻璃编织斜度的最大范围分别为5.07 psec/英寸和1.73 psec/英寸。
玻璃编织歪斜确实是差速双的一个问题。减轻玻璃编织斜度的一种常用方法是使差动副的节距与玻璃编织纱的节距相同。这样，无论一行看到什么环境，另一行也会看到。这将大大降低玻璃织斜的灵敏度。
最坏的情况是将差动副的间距恰好是玻璃编织间距的一半。这保证了如果一条线在玻璃上，另一条将在树脂上，这是最坏的情况。图3说明了这一点。
图3。在玻璃编织节距或半玻璃编织节距上布线差动副的节距。
布兰登在他的板中包含的一个测试结构是一组差分对，一组差分对的间距与玻璃编织纱的间距相同，另一组差分对的间距正好是玻璃编织纱间距的一半。差分对组之间延迟偏态分布的差异是显著的。图4显示了一个倾斜分布的示例。
图4。纱线节距匹配和1/2节距对1078玻璃纱差动副斜的影响。
(请看布兰登演讲的完整视频在这里）
高速通道模拟中高速数字层压板材料的损耗和导体效应的提取，Allen F. Horn, Rogers Corp.。
Al使用的测试结构是Ultralam 3850HT液晶聚合物(LCP)衬底上的微带走线。这是一种低损耗材料，没有玻璃，因此可以更清楚地观察到导体损耗的特征。他建造了具有不同线宽和不同铜表面处理和粗糙度的微带结构。
他已经能够将基于测量粗糙度参数的损耗和延迟模型预测与高达110 GHz的VNA测量相匹配。图5显示了他匹配的一个示例。
图5。测量轧制铜和ED铜的相关性，粗糙度为2.2 μ ms。请注意与光滑铜的匹配和25 GHz以上与Hammerstad Jensen模型粗糙度模型的差匹配。
在全波十四行诗模型中，充分考虑了与树突特征在传播波上的容性负载有关的粗糙度的色散。
值得注意的是，轧制铜表面似乎与理想的光滑铜的模型损失相匹配，而不需要粗糙度因素。当然，挑战在于，虽然光滑的铜可以粘附在LCP材料上，但它不能粘附在许多其他层压板材料上，尤其是低损耗材料。Al暗指罗杰斯最近宣布的一种新材料RO1200 ELL(极低损耗)，光滑的铜可以很好地粘在上面。
这种低损耗层压板和轧制铜的组合意味着用这种组合制成的通道的性能接近光滑铜的理想行为。开云体育官网登录平台网址图6显示了使用RO1200和轧制铜的微带的插入损耗的测量值和计算值与基于光滑铜和Df = 0.001的简单近似值的比较。没有比这更低的了。
图6。与使用光滑铜的简单解析近似相比，测量了不同线宽微带的RO1200插入损耗。50千兆赫以内的协议是了不起的。
RO1200的低耗散系数与使用像光滑铜一样的轧制铜相结合，是最终的，最低损耗系统，将基本限制推向可能。
50 GHz(信号完整性)材料模型系统开发与验证测试车辆开发，ai Neves, Wild River Technologies。
“有什么可能出错呢?”这是艾尔演讲的副标题。他的公司已经建造了一系列性能良好的测试车辆，将测量结果与HFSS和Simbeor模拟关联到高于70 GHz的频率。基于这些经验，他回顾了自己的方法，并对可能出错的地方有了一些见解。
他警告说，当遵循他的方法时，有些EDA工具在16ghz以上的频率上不太相关。部分原因是设计糟糕的文本固定装置，其结构要么不能很好地嵌入，要么不能在3D模型中捕获，要么使用了糟糕的介电和铜特性模型。
他的方法是使用两种不同的测试结构。其中结构设计是为了测试设计和建模的堆叠。根据导体的线宽和层压板的选择，每个堆叠都有带宽限制。
在对堆叠进行建模时，横截面是确定三维仿真中应该包含的尺寸的有价值的工具。具有准确的线宽和介电厚度值可以提高提取材料特性的准确性。他说，一个横截面通常要花费2000美元，这是非常值得的。
他的第二个测试飞行器设计用于验证非连续性结构，如发射到板和通孔或垫堆叠到连接器或组件。为了从电路板上的DUT结构中解嵌发射，发射，包括同轴连接器、焊盘堆栈、间隙孔甚至残余存根，需要设计成阻抗不连续小于1-2欧姆，直至所需带宽。他说，如果是4-5欧姆，不要期望精确的去嵌入结果。通常，测量需要扩展到所需的频率以上，才能准确地去嵌入。例如，当需要40 GHz的去嵌入式模型时，他将测量到50 GHz。
有效表面粗糙度采集的案例研究，Jason Ellison，西蒙公司
众所周知，光滑铜导体损耗与频率的平方根成正比，介质损耗与频率成正比。但是，考虑到铜的粗糙度，导体损耗的增加速度比频率的平方根还要快。
Jason探索了使用一个简单的解析模型，用幂级数展开来描述均匀传输线的总损耗。
A = k1xf0.5加上k2xf + k3f2
他使用Huray雪球模型和Hall和Heck模型对因果电感和电阻模型进行了分析计算。只有一项需要拟合，铜的峰间粗糙度。
测量Megtron 6微带迹线作为测试载体。通过扫描表面粗糙度项的峰值，在测量损失和计算损失之间的误差中取最小值，得到粗糙度项的值。图7显示了错误项的一个示例。
图7。测量值与模拟值之间的最小误差表明，表面粗糙度约为2.0 u。
这种方法的最后一个测试是将总损耗的分析模型与测量的总损耗进行比较，只使用Df和粗糙度因子作为参数。图8显示了50 GHz范围内的一致性。这是模拟介电损耗和导体损耗组合的另一种方法的例子。
图8。最后将测量的总损耗与解析近似进行比较，拟合铜的粗糙度项以减小误差。
基于数据表输入的高速通道实用建模，Bert Simonovich,开云体育官网登录平台网址 Lamsim Enterprises
实现良好的测量与模拟相关性的一个常见过程是使用反馈回路，如图9所示。在该方法中，利用测试车辆的测量数据提取经验模型，然后将该模型反馈到仿真工具中，并对参数进行调整，直到测量与仿真之间达到良好的匹配。
虽然这有最高的成功机会，并以特定模拟器使用的语言结束模型，但提取的参数与内在材料属性之间不一定有任何相关性。它还需要高水平的专业知识、时间和有时的费用。
图9。反馈回路的常用方法是提取经验参数，用于模拟器中准确预测信道性能。
另一种准确预测渠道表现的方法是从供应商的数据表中获取信息。这是最简单的方法，而且成本最低。但这种方法只有在准确的情况下才有价值。
伯特提出了一项研究，证明这是一个可以实现的目标。目前的挑战是建立一个准确的模型，以反映铜的粗糙度对损耗和相位延迟的影响，并且正如他所指出的那样，要获得正确的参数来为模型提供信息。
一些铜表面可能具有复杂的粗糙纹理，如图10所示。
图10。铜箔反向处理后的铜表面纹理图。
他使用了Huray雪球模型，并对其进行了修改，为其提供了基于堆叠炮弹的参数。层压板的材料特性可以直接从供应商的数据表中得到。
从供应商提供的铜箔粗糙度的最大峰值高度开始，他用他的炮弹堆积模型将其转换为雪球结节大小。由此得到了利用Huray雪球修正来平滑铜损耗的参数，并加入了分布电容负载来获得粗糙度带来的Dkeff的增加。
这些都是他需要包含在Polar仪器最新版本的SI9000e模拟器中的参数，该模拟器根据横截面和材料属性计算均匀传输线的s参数。它已经采用了Huray模式。SI9000e工具测量的损耗和预测的损耗之间的相关性非常好，如图11所示。
图11。与SI9000e的预测值(红色)相比，在去嵌入发射后，用绿色测量了均匀传输线的插入损耗。
最后的测试是使用这个传输线模型，作为一个完整通道的一部分。Bert为FCI设计了一个背板评估板，并比较了仅基于供应商提供的数据表和完整通道的测量结果的完整通道的模拟。所有的均匀传输线段都来自Polar SI9000e工具。由于他设计了通孔，他把它们设计得非常透明。他甚至没有在完整的通道模型中包括通过模型。连接器型号由FCI提供。
对于具有2个连接器、两个子卡和一个背板段的20英寸长通道，测量和预测通道性能之间的最终比较如图12所示。这项协议意义非凡。这是基于“航位推算”，没有任何形式的拟合。
图12。在仅使用数据表信息作为输入的基础上，测量和模拟插入损耗和TDR响应的比较。
结论
五位专家都提出了一种不同的方法，将材料特性纳入模拟中，以准确预测通道的性能。在此过程中，他们都以不同的方式说明了同样的信息，正如莫仕公司的戴夫·邓纳姆喜欢说的那样，“超过10ghz，一切都很重要。”虽然有多种方法可以实现良好的模拟相关性测量，但必须考虑材料的复杂行为，特别是铜织构的影响。有多种途径可以实现良好的预测能力，你只需要注意所有的细节。