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Intel Delta-L 4.0 介紹：伺服器與高速 PCB 的訊號損耗驗證標準

Intel Delta-L 4.0 介紹：伺服器與高速 PCB 的訊號損耗驗證標準

 

在 PCIe 5.0 (32 GT/s) 與 PCIe 6.0 (64 GT/s) 的時代，伺服器與高效能運算（HPC）系統對 PCB 板材的訊號完整性（Signal Integrity, SI）要求已達到苛刻的程度，隨著傳輸速率翻倍，每一英吋（inch）的傳輸線損耗都必須被錙銖必較；過去工程師常面臨一個難題：「如何從量測數據中，精確剝離出 PCB 走線本身的損耗，而不包含測試治具、探針或 SMA 接頭的影響？」

傳統的去嵌入（De-embedding）方法（如 TRL 校正）雖然精準，但設計複雜且佔用板材面積；簡單的直接量測法又充滿了接頭引入的誤差，Intel Delta-L (Delta Loss) 方法應運而生，它透過數學演算法與特殊的測試圖樣（Test Coupon）設計，提供了一種兼具「準確度」與「便利性」的工業標準，本文將深入解析最新的 Delta-L 4.0 版本，探討其如何應對 40 GHz 以上的高頻挑戰。

什麼是 Delta-L 技術？

Delta-L 是一種基於 「差分長度 (Differential Length)」 的量測方法，其核心物理概念非常直觀，如果我們在同一塊 PCB 上製作兩條走線：

  • 短線 (Short Line)：長度為 L1。
  • 長線 (Long Line)：長度為 L2。

假設這兩條線使用相同的引入結構 (Lead-in) 與 引出結構 (Lead-out)——這通常包含探針接觸點（Probe Pad）、過孔（Via）以及一段微小的引導線，當我們量測這兩條線的總損耗時：

  • 短線量測值 = 引入效應 + 短線損耗 + 引出效應
  • 長線量測值 = 引入效應 + 長線損耗 + 引出效應

透過數學運算將兩者相減（Long − Short），由於引入與引出結構是相同的，它們的效應會被互相抵銷（Cancel out），剩下的差異（Delta），就純粹代表了 (L2 − L1) 這段長度差異內的 PCB 走線損耗；最後，將這個差異值除以長度差，我們就能得到精確的「每英吋插入損耗 (Insertion Loss per Inch)」，這就是 Delta-L 的運作精髓。

Delta-L 4.0 vs. 3.0：為了 40 GHz 而生

隨著 PCIe 規範從 4.0 跨入 5.0 與 6.0，測試頻率上限也從 20 GHz 提升至 40 GHz 甚至更高，原有的 Delta-L 3.0 版本在面對這種超高頻時開始顯得力不從心，因此 Intel 推出了 4.0 版本進行升級，主要差異如下：

頻率覆蓋範圍

  • Delta-L 3.0：
    主要針對 PCIe 4.0 應用，演算法與探針設計適用至 20 GHz。
  • Delta-L 4.0：
    針對 PCIe 5.0/6.0 應用，演算法優化並支援至 40 GHz 以上，能更準確地捕捉高頻下的介電損耗與導體損耗行為。

探針間距 (Pitch) 的微縮

這是硬體上最顯著的改變。

  • Delta-L 3.0：
    使用 1.0 mm 間距的探針。在 20 GHz 以下，這個間距造成的寄生電感與電容尚可接受。
  •  
  • Delta-L 4.0：
    為了減少高頻下的迴路電感與阻抗不連續性，將探針間距縮小至 0.5 mm。更緊密的接地-訊號-訊號-接地 (G-S-S-G) 結構，能顯著提升高頻訊號的耦合品質，減少輻射損耗與串擾。

三種測試方法論：1L, 2L, 3L

Delta-L 標準定義了三種不同的測試拓撲，適用於產品生命週期的不同階段：

1L 方法 (1-Line Method)

  • 原理：僅量測單一條長度的走線。
  • 應用場景：大量生產監控 (HVM)。
  • 特點：由於只測一條線，它無法透過相減去除探針效應。因此，它依賴於預先建立的統計模型來扣除誤差。它犧牲了絕對準確度，換取了極致的測試速度，適合用來監控 PCB 製程的穩定性（Trend Monitoring）。

2L 方法 (2-Line Method) —— 研發標準

  • 原理：量測一長一短兩條走線（例如 5 英吋與 2 英吋），取其差異。
  • 應用場景：材料認證、研發 (R&D)、抽樣檢驗。
  • 特點：這是最常用的標準方法。透過長短線相減，能有效去除探針與過孔的影響，提供準確的「每英吋損耗」數據。對於評估新材料或驗證 PCB 疊構設計，2L 是黃金標準。

3L 方法 (3-Line Method)

  • 原理：使用三種不同長度的走線進行交叉驗證。
  • 應用場景：除錯 (Debug) 與極高精度驗證。
  • 特點：用於檢查測試系統本身的一致性，或在極端複雜的狀況下確認 2L 方法的數據是否可信。

為什麼工程師需要 Delta-L？

在傳統測試中，工程師常使用 TRL (Through-Reflect-Line) 校正來去嵌入，這需要設計複雜的校正片，且操作繁瑣，另一種方式是全波段模擬 (Full-wave Simulation)，但模擬終究需要實測來修正，Delta-L 提供了一個完美的平衡點：

  • 軟體演算法化：
    不需要由操作員手動進行複雜的數學運算，現代 VNA 通常可選配 Delta-L 功能，自動完成去嵌入。
  • 節省面積：
    相比於傳統 SMA 接頭測試需要巨大的板邊空間，Delta-L 使用微型探針點測，測試圖樣（Coupon）可以做得非常小，甚至可以塞在 PCB 的邊條（Break-away tab）中。
  • 統一標準：
    它讓 PCB 供應商、系統廠與晶片廠使用同一套「語言」溝通損耗數據，減少了因測試方法不同導致的爭議。

Intel Delta-L 4.0 不僅僅是一個測試演算法，它是高速訊號時代下，連接材料特性與電路效能的橋樑，透過 0.5 mm 的微型探針與差分長度演算法，工程師得以在 40 GHz 的頻寬下，精準掌握 PCB 的真實損耗，對於致力於開發 AI 伺服器、高階交換機的團隊而言，導入 Delta-L 4.0 驗證流程，是確保訊號完整性與產品成功量產的關鍵一步。

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