主机总线适配器（Host Bus Adapter,HBA）是服务器和存储设备之间负责高速数据传输和处理的板卡,是数据中心和云存储设备的关键核心部件之一。由于HBA传输接口的传输速率和带宽不断提高,HBA控制器芯片、芯片封装基板和HBA控制器印刷电路板（Printed Circuit Board,PCB）等在内的整体信道上的高速信号完整性问题需要迫切解决。本文研究的HBA控制器芯片是服务器和数据中心的核心芯片,它实现了PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）总线至SAS（Serial Attached SCSI）/SATA（Serial ATA）接口的高速数据传输。本文完成了从芯片bump到球栅阵列封装（Ball Grid Array Package,BGA）的芯片封装基板和从芯片BGA引脚到PCIe4.0接口的PCB整板这两个传输信道上的PCIe4.0全路径信号完整性研究。本文针对PCIe4.0高速信号在HBA控制器芯片封装基板和PCB设计中遇到的信号完整性问题,进行了原理分析、信号完整性建模、仿真和系统实测,本文的学术贡献为:1.针对HBA控制器芯片,采用倒装球栅格阵列（Flip Chip Ball Gate Array,FCBGA）封装形式,完成了PCIe4.0封装基板的设计。通过S参数和眼图的仿真对比,优化了封装基板设计。通过更改叠层材料,改变差分线的走线规则,增加“泪滴”的方式将传输线与过孔、bump和BGA焊球进行了连接,解决了初始版本中遇到的信号不完整问题。对最终版本的封装基板进行了电源阻抗仿真、直流压降仿真和眼图仿真,仿真结果验证了HBA控制器芯片封装基板PCIe4.0高速差分信号传输的信号完整性。2.在验证了HBA控制器芯片封装基板信号完整性的基础上,完成了HBA控制器PCB设计。对传输速率最高的PCIe4.0整板S参数仿真对比,优化了PCB的布局布线。通过差分线拐角从45°角布线改为圆弧走线,在关键传输线与过孔和焊盘之间使用“泪滴”的连接方式,减少了信号的反射;选择最佳的TX耦合电容模型和差分线对内最佳间距,减少了信号的反射与串扰。从芯片封装基板到PCB整板,对HBA控制器进行了PCIe4.0 TX信号全路径眼图仿真及实测眼图验证。眼图仿真结果与实测验证结果对比一致,表明HBA控制器从芯片封装基板到PCB整板的PCIe4.0高速差分信号的信号完整性研究正确有效。