AN 766: インテル® Stratix® 10デバイス 高速信号インターフェイス・レイアウトのデザイン・ガイドライン

ID 683132
日付 3/12/2019
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ドキュメント目次

ブレークアウト直後のスキューマッチングによる従来のジョグアウト配線

この配線デザインのコンフィグレーションには、次の特性を使用します。

  • 24層で117 mil厚さのスタックアップ
  • 8つの信号レイヤー
  • 4つのPWRレイヤー
  • 材料はMegtron6
  • 8 mil完成ドリルを使用したビアインパッド・トポロジー
  • 18 mil信号パッドと28 mil信号アンチパッド
  • 水平アンチパッドは68 mil (40 milピッチ + 28 milアンチパッド)
  • 水平アンチパッドは28 mil
図 18. ケース1 : ネックダウンとジョグアウトを使用した従来の差動配線

AとBのトランシーバーのペアは、スタックアップのレイヤー5に配線されています。同じロウにあるCとDのトランシーバーのペアは、異なるレイヤーに配線されています。ネックダウンおよびジョグアウト配線による従来の差動配線を使用することにより、4つのトランシーバー・ペアに必要な信号レイヤーは2つだけです。

図 19. ケース2 : ジョグアウトを使用した従来のシングルエンドのインライン・ブレークアウト配線

黄色の配線は、レイヤー7で配線されたトランシーバー・ペアAを示しています。赤色の配線は、レイヤー9で配線されたトランシーバー・ペアBを示しています。シングルエンド・ブレークアウトとスペース不足のため、同じ列のトランシーバー・ペアCとDは、異なるレイヤーに配線されています。ジョグアウトによる従来のシングルエンド・インライン・ブレークアウト配線を使用することにより、4つのトランシーバー・ペアに4つの信号レイヤーが必要です。

製造には常にレイヤー間ミスマッチがあるため、この例で実装するのは、上記の場合に一般的な5 milのレイヤー間ミスマッチです。これにより、レイヤー間製造ミスマッチに対する感度のレベルが観察できます。このレイヤー間製造ミスマッチにより、配線がGNDボイド領域を通過し、配線パスに不連続性が追加されます。

図 20. ケース3 : ネックダウンとジョグアウトによる従来の差動配線での5 milのレイヤー間製造ミスマッチ
図 21. ケース4 : 従来のシングルエンド・インライン・ブレークアウト配線とジョグアウトでの5 milのレイヤー間製造ミスマッチ

ケース1とケース3のパフォーマンス比較

このセクションでは、ネックダウンおよびジョグアウトによる従来の差動配線パフォーマンスを、ミスマッチあり/なしで比較します (ケース1とケース3)。

図 22. 差動挿入損失のシミュレーション結果
図 23. BGAはんだボールでの差動リターン損失のシミュレーション結果
図 24. トレース端からのTDR差動インピーダンスのシミュレーション結果

このパフォーマンス結果で示しているとおり、15 GHzの帯域幅内では、ケース1は、レイヤー間製造ミスマッチに対応するのに十分堅牢です。TDRインピーダンスでは、5 milのレイヤー間ミスマッチによる最大7 Ωのインピーダンス・ミスマッチを示します。

ケース2とケース4のパフォーマンス比較

このセクションでは、ジョグアウトによる従来のシングルエンド・インライン配線パフォーマンスを、ミスマッチあり/なしで比較します (ケース2とケース4)。

図 25. 差動挿入損失のシミュレーション結果
図 26. BGAはんだボールでの差動リターン損失のシミュレーション結果
図 27. トレース端からのTDR差動インピーダンスのシミュレーション結果

このパフォーマンス結果で示しているとおり、15 GHzの帯域幅内では、ケース2にはより堅牢なレイヤー間製造ミスマッチがあります。TDRインピーダンスでは、最大7 Ωのインピーダンス・ミスマッチが発生していることを示します。これは5 milのインピーダンス・ミスマッチによるものです。

インテルでは、ブレークアウト配線は、バックジョグまたはシングルエンド・バックジョグ配線による差動ネックダウンにすることをお勧めします。これは、BGA領域での固定スキューマッチングのためです。次の図で表しているのは、推奨されるブレークアウト配線のパフォーマンスです。

図 28. ケース5 : ネックダウンとジョグアウトによる差動配線
図 29. ケース6 : バックジョグによるシングルエンド配線

ケース1とケース5のパフォーマンス比較

このセクションでは、ネックダウンおよびジョグアウトによる従来の差動配線と、ネックダウンおよびバックジョグによる差動配線のパフォーマンスを比較します (ケース1とケース5)。

図 30. 差動挿入損失のシミュレーション結果
図 31. BGAはんだボールでの差動リターン損失のシミュレーション結果

推奨差動配線およびバックジョグによる従来の差動配線コンフィグレーションとジョグアウト配線コンフィグレーションを比較して分かるのは、最大0.1 dBの挿入損失の改善です。また、15 GHz帯域幅内で最大5 dBのリターン損失の改善が見られます。これは、バックジョグ・コンフィグレーションを使用した場合です。

ケース2とケース6のパフォーマンス比較

このセクションでは、ジョグアウトによる従来のシングルエンド・インライン・ブレークアウト配線とバッグジョグによるシングルエンド配線のパフォーマンスを比較します (ケース2とケース6)。

図 32. 差動挿入損失のシミュレーション結果
図 33. BGAはんだボールでの差動リターン損失のシミュレーション結果

シングルエンド・ブレークアウト配線は、レイヤー間ミスマッチの影響を受けにくくなっています。

ジョグアウトによる従来のシングルエンド配線とバックジョグによる推奨シングルエンド配線とを比較すると、バックジョグによるシングルエンド配線では、挿入損失が最大0.25 dB改善されます。また、1 GHz帯域幅内で最大7 dBのリターン損失の改善も見られます。

バックジョグによる差動ブレークアウト配線は、バックジョグによるシングルエンド・ブレークアウト配線と比較して、15 GHz帯域幅内で0.1 dbの挿入損失の改善と最大6 dBのリターン損失の改善が見られます。

さらに、バックジョグによる差動ブレークアウト配線は、バックジョグによるシングルエンド配線と比較して、15 GHzを超えるパフォーマンスがわずかに優れています。

インテルでは、レイヤー間ミスマッチに対する感度の低さから、バックジョグによるシングルエンド配線の使用をお勧めします。これは、お客様が使用するトランシーバー・チャネルの数が少ない場合、または配線に十分な信号レイヤーがある場合です。このため、バックジョグによる差動ブレークアウト配線は、バックジョグによるシングルエンド・ブレークアウト配線より優先されます。これは、差動ブレークアウト配線には、シングルエンド・ブレークアウト配線に使用する配線レイヤーの半分が必要だからです。