Einfluss der Routinglage in Via-Arrays auf die Signalqualitat bei hohen Datenraten

摘要

Gegenstand der folgenden Untersuchungen ist der Einfluss der Routinglage (Verdrahtungslage) auf die Signalqualitat bei hohen Datenraten. Ein Anwendungsfall, fur den die Ergebnisse einer solchen Untersuchung relevant sind, ist in Bild 1 gezeigt: Ein Chip ist uber Package und Sockel mit einer Leiterplatte verbunden. Die Ausgangssignale des Chips werden uber ein Via-Array auf die Routinglagen der Leiterplatte gefuhrt. In der Regel existieren mehrere Signalarten mit unterschiedlichen Eigenschaften (beispielsweise verschiedenen Datenraten oder Routinglangen), die den verschiedenen Lagen zugeordnet werden mussen. Kenntnisse uber den Einfluss der Routinglage auf die Signalqualitat erlauben somit eine optimierte Zuordnung der einzelnen Signale. Da das Verhalten der Streifenleitungen sich auf verschiedenen Lagen bei entsprechendem Entwurf nicht unterscheidet, ist der Einfluss der Routinglage im Wesentlichen durch die Ubertragung des Signals durch die Via bestimmt. Es lassen sich zwei Effekte unterscheiden: der Anteil der Via oberhalb der Streifenleitung wirkt als Diskontinuitat im Signalpfad, wahrend der untere Teil der Via das Signal als offener Stub beeinflusst. Der Viastub-Effekt, der in der Regel den grosseren Einfluss besitzt, lasst sich prinzipiell sowohl durch Zuruckbohren der Vias als auch durch eine geeignete Entzerrung des Signals vermindern. Aufgrund der damit verbundenen Kosten ist es allerdings besser, wenn auf diese Massnahmen verzichtet werden kann. Der Viastub-Effekt wurde bereits in [1] im Frequenzbereich sowie in [2-4] im Frequenz- und Zeitbereich untersucht. In [5] wurde die optimale Anzahl der Signallagen fur ein Design unter Berucksichtigung des Viastub- Effekts ermittelt. Im vorliegenden Papier wird der Einfluss der Routinglage sowohl bei voller Beeinflussung durch Viastubs als auch bei zuruckgebohrten Vias untersucht. Es werden dabei - anders als in [1-4] - nicht einzelne Vias, sondern Vias in Arrays unter kompletter Berucksichtigung aller umgebenden Vias betrachtet, wozu sowohl auf Mess- als auch auf Simulationsdaten zuruckgegriffen wird. Die Untersuchungen werden fur Datenraten bis zu 25 Gb/s und sowohl fur Ubertragung mit einem Signalleiter ("single- ended") als auch fur differentielle Ubertragung durchgefuhrt.