过孔基础知识与差分过孔设计

1、过孔基础知识与差分过孔设计在一个高速印刷板 () 中，通孔在降低信号完整性性能方面向来饱受诟病。然而，过孔的用法是不行避开的。在标准的电路板上，元器件被放置在顶层，而差分对的走线在内层。内层的电磁辐射和对与对之间的串扰较低。必需用法过孔将电路板平面上的组件与内层相连。幸运的是，可设计出一种透亮的过孔来最大限度地削减对性能的影响。1. 过孔结构的基础学问让我们从检查容易过孔中将顶部传输线与内层相连的元件开头。图1是显示过孔结构的3d图。有四个基本元件：信号过孔、过孔残桩、过孔焊盘和隔离盘。过孔是镀在电路板顶层与底层之间的通孔外的金属圆柱体。信号过孔衔接不同层上的传输线。过孔残桩是过孔上未用法的部

2、分。过孔焊盘是圆环状垫片，它们将过孔衔接至顶部或内部传输线。隔离盘是每个电源或接地层内的环形空隙，以防止到电源和接地层的短路。图1：单个过孔的3d图2. 过孔元件的电气属性如表格1所示，我们来认真看一看每个过孔元件的电气属性。表1：图1中显示的过孔元件的电气属性一个容易过孔是一系列的型网络，它由两个相邻层内构成的-电容 (c-l-c) 元件组成。表格2显示的是过孔尺寸的影响。表2：过孔尺寸的直观影响通过平衡电感与寄生电容的大小，可以设计出与传输线具有相同特性阻抗的过孔，从而变得不会对电路板运行产生特殊的影响。还没有容易的公式可以在过孔尺寸与c和l元件之间举行转换。3d电磁 (em) 场解算程序

3、可以按照pcb布局布线中用法的尺寸来预测结构阻抗。通过重复调节结构尺寸和运行3d，可优化过孔尺寸，来实现所需阻抗和带宽要求。3. 设计一个透亮的差分过孔在实现差分对时，线路a与线路b之间必需高度对称。这些对在同一层内走线，假如需要一个过孔，必需在两条线路的接近位置上打孔。因为差分对的两个过孔距离很近，两个过孔共用的一个椭圆形隔离盘能够削减寄生电容，而不是用法两个单独的隔离盘。接地过孔也被放置在每个过孔的旁边，这样的话，它们就能够为a和b过孔提供接地返回路径。图2显示的是一个地-信号-信号-地 (gssg) 差分过孔结构示例。两个相邻过孔间的距离被称为过孔间距。过孔间距越小，互耦合电容越多。图2

4、：用法背面钻孔的gssg差分过孔不要遗忘，在传输速率超过10gbps时，过孔残桩会严峻影响高速信号完整性。幸运的是，有一种背面钻孔pcb创造工艺，此工艺可以在未用法的过孔圆柱上钻孔。按照创造工艺公差的不同，背面钻孔去除了未用法的过孔金属，并最大限度地将过孔残桩削减到10mil以下。3d em仿真器用来按照所需的阻抗和带宽来设计差分过孔。这是一个反复的过程。此过程重复地调节过孔尺寸，并运行em仿真，直到实现所需的阻抗和带宽。4. 如何验证性能图2中显示的差分过孔设计已构建完毕并经测试。测试样片包括顶层的一对差分线，之后是到内部差分线的差分过孔，然后其次对差分过孔再次衔接至顶层的球状引脚栅格阵列封

5、装 (bga) 接地焊盘。信号路径的总长度大约为1330mil。我用差分时域反射仪 (tdr) 测得其差分阻抗，用网络分析仪测得了带宽，并用高速测量了数据眼图来了解其对信号的影响。图3，4，5分离显示了阻抗、带宽和眼图。左图是用法背面钻孔时的测试结果，而右图是无背面钻孔的测试结果。在图5中的带宽波特图中，我们可以很清晰地看到背面钻孔对于在数据速率大于10gbps 的状况下实现高性能是必不行少的。diff大约为85；右：无背面钻孔，zdiff大约为58）">图3：tdr阻抗波特图（左：用法背面钻孔，zdiff大约为85；右：无背面钻孔，zdiff大约为58）图4：频率响应（左：12.5ghz时的插入损耗大约为3db ；右：12