為什么常規(guī)阻抗控制只能是10%的偏差？

首先看一個真實的故事：H公司的某網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，PCB一直在A板廠生產(chǎn)，產(chǎn)品測試一直沒有什么問題。量產(chǎn)的時候，由于供應鏈需要雙供應商備份，就嘗試找了B板廠進行生產(chǎn)。結(jié)果產(chǎn)品測試的時候，發(fā)現(xiàn)B板廠的有部分板子調(diào)試不正常。
A板廠的板子一直沒有問題，產(chǎn)品的其他條件也都沒有變化，B板廠的板子有部分調(diào)試不通。這個證據(jù)簡直是太充分了，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)試有問題。H公司的研發(fā)人員才重視起來，進行了認真的排查。最后發(fā)現(xiàn)一個最有可能的原因：
A板廠對這個產(chǎn)品的阻抗管控，在進行補償?shù)臅r候，一直以來都是負補償，也就是說最終的阻抗偏向于負公差，阻抗值偏低。而最近這一批次，阻抗管控的時候偏向了正公差，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。再對產(chǎn)品的信號質(zhì)量進行嚴格測試發(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，可能就要掉進水里。
我們設(shè)計的目標，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。
看一個阻抗偏差的例子：
DDR4地址信號

最差顆粒結(jié)果

這個案例的整體裕量很大，10mV的眼高差異，不到40ps的眼寬差異，相對裕量來說都是很小的偏差。但是想想第一張圖片的那個“一葦渡江”，如果項目本身裕量不足，或許小小的偏差就掉進河里了。設(shè)計要保證足夠的強壯性，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)常會聽到產(chǎn)品公司的設(shè)計人員對生產(chǎn)提出很多要求，比如以下都是本人親歷的問題：
1、 我的板子，能不能按阻抗偏差+-5%來進行管控？（我聽到過最嚴格的要求是+-2.5%）
2、 線寬的蝕刻公差，能做到1mil嗎？不是正負哦，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，是物理和化學的過程，制板工藝這幾十年來并沒有本質(zhì)的變化，還是蝕刻，壓合，鉆孔，電鍍……這些機械的過程都會有偏差。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、 板材來料本身的偏差
2、 PCB加工過程的蝕刻偏差
3、 PCB加工過程層壓帶來的流膠率等偏差
4、 高速的時候，銅箔的表面粗造度，PP的玻纖效應，介質(zhì)的DF頻變效應等
大家應該也還記得那張著名的偏差正態(tài)分布圖：

按照10%來進行阻抗偏差的管控，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。
當然高速先生的觀點是：
1、當設(shè)計裕量足夠的時候，我們要盡可能考慮滿足生產(chǎn)的要求，這個就叫DFM。
2、設(shè)計遇到瓶頸的時候，生產(chǎn)就要來幫忙，盡可能攻克難關(guān)，這叫制造升級
3、當設(shè)計和生產(chǎn)都遇到天花板的時候，這就是產(chǎn)業(yè)升級的驅(qū)動力了
比如數(shù)字信號相對比較低速的時候，我們設(shè)計要給生產(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)計的到來，我們開始管控阻抗。由于板厚，層數(shù)的限制，阻抗線有時候需要走得很細，驅(qū)動板廠提升工藝。隨著串行總線的速率提升，損耗成為管控的對象，板廠也開始引進DeltaL等技術(shù)來評估損耗，對阻抗的管控要求開始來到7%，未來或許會到5%。隨著速率突破25G\28G，來到56G的時候，生產(chǎn)的小偏差，都會帶來性能的大變化，于是整個產(chǎn)業(yè)都來到升級換代的邊緣。
下面是我拋磚引玉，放上一些生產(chǎn)加工偏差規(guī)范：