连接器过孔stub对信号的影响

来源:一博自媒体 时间:2017-6-19 类别:微信自媒体

文 | 刘丽娟  一博科技高速先生团队队员   串行/串行总线序列文章


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假设PCB厚度=2.2mm,信号从top层经过孔换层到内侧,本文用连接器的过孔为例进行说明,某连接器的过孔完成孔径(即电镀后)是0.46mm,但钻孔孔径是0.55mm(即电镀前),如下图所示: 连接器过孔stub对信号的影响

图 1过孔结构图

下面我们对该过孔进行建模仿真,看看过孔stub到底对信号有什么样的影响,影响有多大。

过孔孔径0.55mm,过孔是空心的,红色圆环为孔壁,过孔的俯视图如下所示:
 连接器过孔stub对信号的影响
图 2过孔俯视图

1. 当过孔不背钻时,从bottom到布线层的过孔stub为30.6mil,如下图所示:
 连接器过孔stub对信号的影响
图 3   过孔不背钻侧面图

2. 对过孔背钻,为了不伤害到布线层,进行背钻时会留个安全间距,以2.2mm的板厚,背钻残端会有2~10mil,我们按照最差的情况进行分析,即背钻后过孔stub=10mil,如下图所示:
 连接器过孔stub对信号的影响
图 4   过孔背钻侧面图
以上两种情况下的插损如下图所示:
 连接器过孔stub对信号的影响
图 5各种情况插损对比图
连接器过孔stub对信号的影响
 图 6各种情况回损对比图

说明:
SDD21_1:Case1过孔不背钻,过孔stub为30.6mil;
SDD21_2:Case2过孔背钻,过孔stub为10mil。

Table1.过孔不同处理方式对比


  • 对于10Gbps的信号,在其奈奎斯特频率5GHz处,背不背钻,两者的差异只有0.1dB。
  • 但是对于25Gbps的信号,在其奈奎斯特频率12.5GHz处,不背钻时的插损=-1.459dB,背钻后的插损=-0.885dB,背钻后插损提升了0.574dB,这个什么概念呢?相当于走线可以多走近1inch,一对过孔的残端缩短20.6mil对信号就有如此大的提升,如果过孔stub更长的情况呢?如果有多对过孔呢?
  • 不背钻时过孔stub=30.6mil,信号在35GHz处就发生谐振,且在50GHz内有两次谐振;而背钻后过孔stub=10mil,信号的谐振频率点由35GHz推迟到了46.9GHz。
  • 过孔stub=10mil时的回损比过孔stub=30.6mil时的回损提升了4.57dB。
到此,相信大家知道不同信号速率有不同的容忍的过孔stub长度,越高速的信号,过孔进行背钻得到的收益越大。




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