高速先生成員（yuán）-- 黃（huáng）剛

你肯定會（huì）相信阻抗不（bú）匹（pǐ）配影響PCB性能；你會相（xiàng）信等長（zhǎng）做得（dé）不好影響DDR的時序；你也（yě）會相信PCB太長的話高速信號會有問題；但是如果我們告訴你總有一天BGA芯片裏麵不能穿差分線的話，你會（huì）相信嗎？

所謂（wèi）BGA，也就是學名（míng）為球柵陣列封裝的（de）芯片，是（shì）芯片封裝界發展（zhǎn）到今天為止算是集成度最高的封（fēng）裝技術了哈。小則（zé）幾百pin，多則幾千（qiān）pin都密密麻麻的按照一定的pitch間距（jù）進行排列，我們（men）目前常（cháng）用的pitch為1.2mm，1mm，0.8mm這（zhè）些。

那麽說到密集，大家肯定都有過這樣的經曆，也就是（shì）處於BGA裏麵的高速信號如果要走出BGA的話，一般會在pin的位置去做fanout，也就是所謂的BGA扇出，然後通過一個內層（當然底層也可以）從BGA裏麵層層進行突圍，直到走出BGA區域為止（zhǐ）。有的時候，這對走線在走出（chū）來的過程中經過（guò）的地（dì）方可謂是非常的坎坷，坑坑（kēng）窪窪的，例如下麵這（zhè）樣，做過高速信號PCB設計的粉絲們應該都很清楚為什麽會這樣了哈（hā）。

我們知（zhī）道，高速信號的過孔（kǒng）是要進行反焊盤處（chù）理的，那麽這個時候我（wǒ）們就會發現（xiàn），一對（duì）從BGA裏麵走出來的線可能需要經過若幹個過（guò）孔（kǒng）反焊盤的邊緣。為什麽叫邊緣（yuán）呢？因為過孔反（fǎn）焊（hàn）盤（pán）理論上是挖的越大越好，這樣才能最（zuì）大（dà）程度的提（tí）高過孔的阻抗，因此在走（zǒu）線經過的區域，基本上是走線上下的參考平麵就會被反焊盤挖空掉，也就是在過孔的區域，走線是沒有（yǒu）多餘的參考的。

如果要問（wèn）大家這個時候是保證過孔的阻抗呢還是保留那麽一小段走線的（de）參考平（píng）麵，我（wǒ）相信百分（fèn）之80以上的人都說是保證過孔的阻抗，大家的意見都是也就幾十mil的走線少一點參考（kǎo）平麵能有多大的影響，再說了，又不是完全沒（méi）參考平麵，隻是沒有多餘的參考平麵而已嘛。另外很重要（yào）的一（yī）點就是，這個是作為PCB設計界一個通用的處理（lǐ）方式，而且在大多數產品做出來（lái）之後都是（shì）沒有問題的。因此大家也就覺得是一個（gè）很穩妥的設計方法了（le）。

但是高速先生（shēng）總喜歡對一些看起來很正常的設計理（lǐ）念進行“挑戰”，這次我們就（jiù）針對（duì）BGA穿線是不是真的沒（méi）有（yǒu）問題進行研究。我們做了一塊測試板，驗證下（xià）在1.0mm pitch BGA間距的情（qíng）況下穿線的影響。如下所示：我們在1.0mm的BGA下穿過一對差分（fèn）線，然後模擬經（jīng）過若幹個其他走線的過孔反焊盤區域的情況，我們來看看這對走線本身的性能如何。

經過我們對幾塊板的同一個待測物的（de）測（cè）試結果對比發（fā）現，結論是驚人（rén）的一（yī）致（zhì）！！！它的損耗不會是一條我們認為的平直的曲線，其（qí）中在25GHz之後有（yǒu）非常巨大的諧振點。

那（nà）個，我相信大（dà）多數粉絲們都能看懂上圖的插入損耗曲線（xiàn），至（zhì）少能（néng）分辨（biàn）出（chū）好還是不好。如果你們對S參數還不太熟悉的話（huà），我們高速先生隊長還專門親自拍攝（shè）了一個通俗易懂的小視頻，可以幫助大家更深入的了解（jiě）S參數（shù）這個SI重要（yào）的概念哈。

好（hǎo），我們繼續往下講，從這個糟（zāo）糕的S參數（shù）來看，我們大（dà）致可以判斷它的可（kě）用範圍在25GHz內，如果大家還是對頻（pín）域參數不（bú）是很熟悉的話，我們換成大家喜（xǐ）歡的時域來分析哈。從上麵的損耗參數來看，走線在很成熟的10Gbps到25Gbps應該都是沒太大問題的，那我（wǒ）們就直接跳過10G到25G，從56Gbps起步來（lái）衡量。那放到我們現在也做得比較多的56G-PAM4的高速設（shè）計上，我們看看如果發送一個理想的56G-PAM4信號源經過（guò）這個BGA扇出之後（hòu）會是怎麽樣呢？

嗯（èn），看來這個BGA的扇出設計對於56G-PAM4還是OK的，那（nà）我們再來個（gè）更厲害的？目前業界已經（jīng）開（kāi）始對112G-PAM4進行（háng）研究了，那高速先生也嚐試下加入（rù）一個112G-PAM4的信號源進去，看看經過這個（gè）BGA扇出之後會是什麽情況。結（jié）果如（rú）下所示：

從上麵的眼圖可以看到，就隻是經過了一個BGA扇出之後眼圖就“涼”了一半了，壓（yā）根都還（hái）沒開始走（zǒu）線（xiàn），加上走線的話估計就……呃！

就像前麵（miàn）所（suǒ）說的，在112G來臨的時候，如果（guǒ）還是像上麵一樣的BGA扇出的話（huà），這對差（chà）分線（xiàn）的性（xìng）能會大打折扣，甚至可能（néng）一個我們認為很簡（jiǎn）單（dān）的扇出設計就消耗（hào）掉整個通道的裕量。BGA扇出雖（suī）然是個很簡單而且約定俗成的設（shè）計，但是在信號（hào）速（sù）率越來越高之後，信號（hào）的性能會受到越來越多因素的影響，比如BGA的pitch大小，過孔反焊盤設計，疊層設計，線寬線距選（xuǎn）擇（zé），加工誤差等，使得原本看起來一（yī）個很平常的設計都可能出現問題，這可能也（yě）變成我們SI未來要（yào）去思考的問題了。