图1 BGA封装与PCB板垂直互连结构
1.2 仿真环境及参数设置
本文采用的仿真环境为全波电磁场仿真软件CST微波工作室，集时频域算法为一体，含多个全波及高频算法，可仿真任意结构、任意材料下的S 参数，并可以与电路设计软件联合仿真。几种优化方案均由CST微波工作室建立三维物理模型，PCB 的层叠结构如图2 所示，PCB板共12层，第1，3，5，8，10，12层为信号层（走线层），第2，4，6，7，9，11 层为电源或地层。板厚为97.6 mil，板材介电常数3.8，损耗正切0.012。0.8 mm间距BGA扇出过孔间距为31.4 mil，过孔孔径8 mil，线宽/线距5 mil，差分走线在第10层。
图2 PCB板层叠结构剖面图
2 优化与设计
本节着重从四个方面进行设计优化，以改善高速差分信号的传输性能及信号间串扰。分别为差分布线方式，信号分布方式，信号孔/地孔比，布线层选择与过孔残桩。CST仿真的结果以S 参数的形式体现，仿真频率最高达40 GHz，在时域和频域同时验证所述优化方法的有效性。
2.1 布线方式
差分信号从过孔引出时，不同的布线方式会对差分信号的传输特性有很大的影响，如果传输线不能等长等距，就会引起信号失真，产生共模噪声。如图3所示，信号从过孔引出时分别采取三种布线方式，0°，90°转角，45°转角，每对差分过孔周围有两个隔离地孔。布线在PCB板第10层。
图3 三种差分线引出方式
图4是以上三种不同布线方式的插入损耗。显然，第一种水平对称的方式传输性能最好。差分信号最重要的就是等长等距，等长的目的是要确保时序的准确与对称性，两条传输线上的任何时延差或错位，都会导致差分信号失真，并使部分差分信号变成共模信号，产生电磁干扰。等距的目的是保持差分阻抗的一致性。45°和90°转角在布线时都无法做到绝对的等长等距，产生相位差和共模噪声。
图4 不同布线方式下差分对的插入损耗