為什么常規(guī)阻抗控制只能是10%的偏差？

首先看一個(gè)真實(shí)的故事：H公司的某網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，PCB一直在A板廠生產(chǎn)，產(chǎn)品測(cè)試一直沒(méi)有什么問(wèn)題。量產(chǎn)的時(shí)候，由于供應(yīng)鏈需要雙供應(yīng)商備份，就嘗試找了B板廠進(jìn)行生產(chǎn)。結(jié)果產(chǎn)品測(cè)試的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)B板廠的有部分板子調(diào)試不正常。
A板廠的板子一直沒(méi)有問(wèn)題，產(chǎn)品的其他條件也都沒(méi)有變化，B板廠的板子有部分調(diào)試不通。這個(gè)證據(jù)簡(jiǎn)直是太充分了，B板廠百口莫辯，賠償損失，并被打入冷宮……
直到有一天，A板廠的某批次板子也出現(xiàn)了部分調(diào)試有問(wèn)題。H公司的研發(fā)人員才重視起來(lái)，進(jìn)行了認(rèn)真的排查。最后發(fā)現(xiàn)一個(gè)最有可能的原因：
A板廠對(duì)這個(gè)產(chǎn)品的阻抗管控，在進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，一直以來(lái)都是負(fù)補(bǔ)償，也就是說(shuō)最終的阻抗偏向于負(fù)公差，阻抗值偏低。而最近這一批次，阻抗管控的時(shí)候偏向了正公差，阻抗值偏高。A板廠想著反正都是在10%的誤差范圍以內(nèi)，都是符合要求的。再對(duì)產(chǎn)品的信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品的裕量本身就非常小。就像下圖的男子，稍有偏差，可能就要掉進(jìn)水里。
我們?cè)O(shè)計(jì)的目標(biāo)，是要提高產(chǎn)品的裕量，從而保證產(chǎn)品的可靠性。就像在康莊大道上開車，安全可靠。
看一個(gè)阻抗偏差的例子：
DDR4地址信號(hào)

最差顆粒結(jié)果

這個(gè)案例的整體裕量很大，10mV的眼高差異，不到40ps的眼寬差異，相對(duì)裕量來(lái)說(shuō)都是很小的偏差。但是想想第一張圖片的那個(gè)“一葦渡江”，如果項(xiàng)目本身裕量不足，或許小小的偏差就掉進(jìn)河里了。設(shè)計(jì)要保證足夠的強(qiáng)壯性，才能抵御生產(chǎn)所必須的偏差。
凡是生產(chǎn)、必有偏差
我們經(jīng)常會(huì)聽到產(chǎn)品公司的設(shè)計(jì)人員對(duì)生產(chǎn)提出很多要求，比如以下都是本人親歷的問(wèn)題：
1、 我的板子，能不能按阻抗偏差+-5%來(lái)進(jìn)行管控？（我聽到過(guò)最嚴(yán)格的要求是+-2.5%）
2、 線寬的蝕刻公差，能做到1mil嗎？不是正負(fù)哦，是總共的偏差1mil
3、 總板厚的偏差，能不能做到+0，-2.5%？
4、 ……
每次我都要不厭其煩的解釋，板廠制板，是物理和化學(xué)的過(guò)程，制板工藝這幾十年來(lái)并沒(méi)有本質(zhì)的變化，還是蝕刻，壓合，鉆孔，電鍍……這些機(jī)械的過(guò)程都會(huì)有偏差。還記得我們?nèi)ツ甑脑掝}嗎？為什么常規(guī)阻抗控制只能是10%的偏差？這是有很多其他偏差累積在一起的結(jié)果：
1、 板材來(lái)料本身的偏差
2、 PCB加工過(guò)程的蝕刻偏差
3、 PCB加工過(guò)程層壓帶來(lái)的流膠率等偏差
4、 高速的時(shí)候，銅箔的表面粗造度，PP的玻纖效應(yīng)，介質(zhì)的DF頻變效應(yīng)等
大家應(yīng)該也還記得那張著名的偏差正態(tài)分布圖：

按照10%來(lái)進(jìn)行阻抗偏差的管控，最符合正態(tài)分布的智慧，在成本和性能之間取得最佳的平衡點(diǎn)。
當(dāng)然高速先生的觀點(diǎn)是：
1、當(dāng)設(shè)計(jì)裕量足夠的時(shí)候，我們要盡可能考慮滿足生產(chǎn)的要求，這個(gè)就叫DFM。
2、設(shè)計(jì)遇到瓶頸的時(shí)候，生產(chǎn)就要來(lái)幫忙，盡可能攻克難關(guān)，這叫制造升級(jí)
3、當(dāng)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)都遇到天花板的時(shí)候，這就是產(chǎn)業(yè)升級(jí)的驅(qū)動(dòng)力了
比如數(shù)字信號(hào)相對(duì)比較低速的時(shí)候，我們?cè)O(shè)計(jì)要給生產(chǎn)留出充足的空間，可以走很寬的線，很大的間距。隨著高速設(shè)計(jì)的到來(lái)，我們開始管控阻抗。由于板厚，層數(shù)的限制，阻抗線有時(shí)候需要走得很細(xì)，驅(qū)動(dòng)板廠提升工藝。隨著串行總線的速率提升，損耗成為管控的對(duì)象，板廠也開始引進(jìn)DeltaL等技術(shù)來(lái)評(píng)估損耗，對(duì)阻抗的管控要求開始來(lái)到7%，未來(lái)或許會(huì)到5%。隨著速率突破25G\28G，來(lái)到56G的時(shí)候，生產(chǎn)的小偏差，都會(huì)帶來(lái)性能的大變化，于是整個(gè)產(chǎn)業(yè)都來(lái)到升級(jí)換代的邊緣。
下面是我拋磚引玉，放上一些生產(chǎn)加工偏差規(guī)范：