当PCB设计工程师问DeepSeek：如何优化112Gbps信号过孔阻抗？
发布时间：2025-02-10 16:52:12
高速先生成员--姜杰
当高速先生问DeepSeek如何优化112Gbps信号过孔阻抗时，得到的答案提纲是这样的：
不得不说，DeepSeek考虑还是比较全面的，从设计到板材，从仿真到测试，面面俱到。
不过，DeepSeek的答案只是一个参考，针对这个具体问题的回答，部分参数还有待商榷（鉴于此，上图仅给出了答案要点，并未列出全部内容）。或许，正如网络上对当前AI工具的评价：“AI工具不是魔法棒，只是使用者能力的放大器”。
言归正传，本文就以Layout攻城狮最关心的过孔反焊盘优化为切入点，展开说说。
有同学会问，为啥专讲过孔反焊盘？
因为越来越多开始接触112Gbps信号设计的Layout攻城狮气愤的发现：同一个BGA（或者连接器），过孔的反焊盘优化方案可能会随走线层面的改变而变化，走线层面越多，对应的优化方案种类也越多，以前的信号反焊盘哪来这么多名堂？！
SI攻城狮也很烦躁：要是能一种方案全部搞定，谁愿意建那么多仿真模型？！
其实，要把这事说清楚，还是得聊过孔阻抗。
高速先生前不久写过一篇文章《不是！让高速先生给个过孔优化方案就那么难吗？》，介绍了差分信号过孔阻抗的影响因素。本案例为了简化问题，减少了变量，选择同一BGA的差分信号过孔作为研究对象，保证了板材、层叠、过孔尺寸、差分过孔及相邻地过孔的分布条件相同，不同走线层面改变的只是过孔长度。同时，选择长、短两种过孔作为仿真对象，差分信号走线特征阻抗控制93欧姆。
一方面，相同过孔对于不同速率的信号所表现的阻抗是不一样的。速率差异越大，阻抗波动就越明显。
比如，对于本案例中相同的短过孔，112Gbps信号的过孔阻抗仅87.9欧姆，56Gbps信号的过孔阻抗90.5欧姆，10Gbps信号阻抗可以达到92.1欧姆。
乍一看好像很神奇，细一想也没那么玄：关键就在于过孔本身存在寄生电容和寄生电感，容抗和感抗都随频率变化，因此过孔的阻抗也是一个频变量，对于不同基频的信号表现出不同的阻抗也就不足为奇了。
另一方面，不同走线层面的过孔对于同一信号速率的阻抗也是不一样的，只不过信号速率没那么高的时候，阻抗差异相对较小，所以可以采用同一种反焊盘优化方案，这也是Layout攻城狮熟悉的处理方式。
本案例中长、短两种过孔采用同一种反焊盘方案时，对于10Gbps信号，短过孔阻抗92.1欧姆，长过孔阻抗88.8欧姆，阻抗差异只有3.3欧姆：
同样的情况，对于112Gbps信号，短过孔阻抗87.9欧姆，长过孔阻抗79.3欧姆，阻抗差异增加至8.6欧姆。一种反焊盘优化方案显然无法同时满足需求。
因此，对于112Gbps信号，有时真不是SI攻城狮花样多，不同长度的过孔确实需要进行针对性的反焊盘优化，方案大概率会随走线层面的改变而变化。
需要说明的是，本案例中的长、短过孔都是容性占主导地位，阻抗偏低。对于一些板厚较大的单板，即便信号速率不是特别高，由于过孔长度差异悬殊，短孔呈容性，阻抗偏低，长孔呈感性，阻抗偏高，相同反焊盘的长孔和短孔，阻抗差异也会大到难以接受。高速先生在另外一篇文章里分享过感性长孔的阻抗特点《钻刀无忌，过孔莫愁》，在那个案例里，信号速率只有25Gbps，所以说，112Gbps也不是信号速率高低的绝对分界线。
随着信号速率和单板复杂度越来越高，想要一举多得用一种方案应对多种情况的可能性越来越小，幸运的是，万变不离其宗，优化的思路不会变。反焊盘方案能否兼容最好通过仿真验证，如果非要高速先生给出答案，那只能是：It depends！
