案例分享:PCB設計中高速背板設計過程
發布時間:2017-05-22 責任編輯:susan
【導讀】在“幾大高速PCB設計中的隱形殺手”中提到了“高速背板與高速背板連接器”,那麼高速背板是如何設計出來的,從頭到尾會有哪些設計步驟,每個環節有哪些要點呢?本期案例分享做下概要的梳理。
高速背板設計流程
完整的高速背板設計流程,除了遵循IPD(產品集成開發)流程外,有一定的特殊性,區別於普通的硬件PCB模mo塊kuai開kai發fa流liu程cheng,主zhu要yao是shi因yin為wei背bei板ban與yu產chan品pin硬ying件jian架jia構gou強qiang相xiang關guan,除chu了le與yu係xi統tong內nei的de各ge個ge硬ying件jian模mo塊kuai都dou存cun在zai信xin號hao接jie口kou外wai,與yu整zheng機ji機ji框kuang結jie構gou設she計ji也ye是shi關guan係xi緊jin密mi。
高速背板的設計流程主要包括以下設計環節:

高速背板設計流程各環節關鍵內容
關鍵技術論證
高速背板的設計除了關注背板PCBA設計要素以外,需要關注整個係統高速信號互連鏈路的設計,典型的高速信號鏈路參考下圖:

因此需要前期做好充分技術論證,主要包括:
①芯片SerDes選型及高速信號驅動能力驗證(仿真分析也可以提供參考結論,但是如果芯片SerDes有Demo板可供測試、那麼更推薦測試驗證)
②高速連接器的選型與驗證(重點關注連接器的時域、頻域指標,能否滿足產品係統最高速信號傳輸的性能要求,一般通過設計“連接器SI測試板”的方式)
③PCB板材的選型(係統鏈路中包括兩側子卡的PCB走線及背板PCB走線,PCB板材性能直接影響鏈路損耗,需要確定合適規格的Low Dk/Df板材)
硬件架構設計
①係統各個單板模塊的功能與數量
係統的整體數據交換容量決定了係統內業務子卡的單槽位數據容量及業務子卡的數量;
係統內其它子卡的數量,如核心交換子卡的數量、主控子卡的數量,整機電源模塊/風扇控製模塊的數量等。
②各個模塊與背板連接的接口連接器具體型號與數量
根據信號數量的多少,決定各模塊接口連接器的具體選型
③與整機機框設計相關的架構設計
子卡槽位間距、子卡結構導向設計方案、係統電源總功耗、係統散熱風道設計等
總體設計方案
將前期關鍵技術論證及硬件架構設計確定的設計實現方案形成背板總體設計方案文檔,同時做高速信號鏈路的前仿真分析
PINMAP設計
此ci階jie段duan已yi經jing進jin入ru背bei板ban的de詳xiang細xi設she計ji實shi現xian階jie段duan,由you於yu背bei板ban在zai產chan品pin係xi統tong中zhong與yu各ge個ge硬ying件jian功gong能neng子zi模mo塊kuai都dou存cun在zai信xin號hao接jie口kou,因yin此ci需xu要yao把ba所suo有you接jie口kou信xin號hao在zai接jie口kou連lian接jie器qi上shang的de定ding義yi方fang式shi做zuo出chu明ming確que的de定ding義yi,類lei似si於yu芯xin片pian管guan腳jiao的dePINMAP,背板PINMAP設計一方麵需要重點關注高速接口信號的串擾控製(例如:信號間需要間隔1個GND信號還是2個GND信號);另一方麵需要關注PCB Layout設計的可實現性(通常需要背板PCB布線是通順的、高速背板層數通常比較高,如果信號定義扭曲會造成PCB設計層數成倍增加)。
原理圖設計
背板的原理圖設計相對簡單,可以通過自行開發的軟件工具腳本,將PINMAP直接轉化為原理圖。
PCB設計
前期設計工作做得到位,背板PCB設計實現通常沒有太多難度,按照既定的布線規則進行連通即可,重點是係統電源的供電通流能力保障。
UT測試
背板UT單元測試,重點關注背板高速信號通道的SI性能,這時可能會用到連接器測試板做測試輔助。
係統集成測試
係統集成測試的過程會較長,因為背板本身與各個硬件子模塊都有接口,不同排列組合下的測試場景會比較多,例如:交換子卡與業務子卡的通訊、主控子卡與業務子卡的通訊、主控子卡與整機子模塊的通訊等等。產品整機的測試,如:高低溫、溫度循環、可靠性等測試,也需要背板開發設計人員共同參與定位產品測試問題。
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