当连接器pin stub≥过孔stub,过孔stub是否还需要背钻?

来源:一博自媒体 时间:2017-6-26 类别:微信自媒体

文 | 刘丽娟  一博科技高速先生团队队员

我们对于过孔背钻已经不陌生了,针对不同信号速率能留容忍的过孔stub长度,相信很多人心中也有概念了。我们在前篇也提到了连接器过孔stub对信号的影响,有兴趣的朋友可前往阅读http://www.edadoc.com/cn/TechnicalArticle/Show.aspx?id=1122

但是当连接器pin残留长度≥过孔stub ,过孔stub是否还需要背钻,过孔背钻还有多大的意义?

高速信号的连接器pin的样子都是下图1所示,pin可以分解成3个部分,其中只有pin_2这部分是与过孔孔壁接触的,也就是我们常说的鱼眼。Pin_1负责将信号从连接器引入过孔中;Pin_2负责将信号传递给过孔;pin_3对于信号来说就没有正面的作用了,就是一段stub,为了跟过孔stub相区别,我们在这称之为pin stub,这个pin stub长度对于信号的影响有多大?

 高速信号连接器pin
图1  高速信号连接器pin示意图

下面我们以SFP+ 2*8 PLUS连接器为例进行探讨。这款连接器的针长2.07+/-0.25mm (1.82mm~2.32mm),如下图所示:
 SFP+ 2*8 PLUS连接器结构图
图2  SFP+ 2*8 PLUS连接器结构图

它在PCB上的封装如下图所示:
 SFP+ 2*8 PLUS连接器在PCB上整体封装图
图3  SFP+ 2*8 PLUS连接器在PCB上整体封装图

由于一个连接器包含8个光口,为了更清晰地展示它的管脚分布,我们把其中一个光口放大,如下图所示:
 SFP+ 2*8 PLUS连接器在PCB上单个光口封装图
图4   SFP+ 2*8 PLUS连接器在PCB上单个光口封装图

假设PCB厚度=2.2mm,连接器信号pin长2.2mm,连接器从top层往下压。

1. 当没有把连接器压进过孔,过孔是空心的,红色圆环为孔壁,过孔的俯视图如下所示:
过孔俯视图 
图5   过孔俯视图

从bottom到布线层的过孔stub为30.6mil,对过孔做背钻,残留10mil的stub,如下图所示:
 过孔背钻侧面图
图6   过孔背钻侧面图
2. 当把连接器压进过孔,过孔的俯视图如下所示:
 连接器压入后的过孔俯视图
图7   连接器压入后的过孔俯视图

2.1 当过孔不背钻时,压上连接器后,从bottom到布线层的过孔stub为30.6mil,从布线层到pin的底部有30.6mil,即pin stub=30.6mil。
 接器压入后的过孔侧面图''
图8   连接器压入后的过孔侧面图

2.2 当过孔从底部背钻时,压上连接器后,从bottom到布线层的过孔stub为10mil,pin stub依然=30.6mil。
 
图9   连接器压入后,过孔底部背钻图

以上各种情况下的插损如下图所示:
 各种情况插损对比图
图10   各种情况插损对比图

说明:
SDD21_1:Case1仅有过孔,过孔背钻,从bottom到布线层的过孔stub为10mil;
SDD21_2:Case2过孔插上连接器的pin后,pin stub=30.6mil;过孔不背钻,从bottom到布线层的过孔stub为30.6mil;
SDD21_3:Case3过孔插上连接器的pin后,pin stub=30.6mil;过孔底层背钻,从bottom到布线层的过孔stub为10mil 。

Table1. 连接器过孔不同处理方式对比

当连接器针长非常长,甚至跟板厚一样了,即pin stub≥过孔stub,依然必须对过孔stub进行背钻,不要犹豫,just do it!因为1. 压上连接器后,过孔背不背钻两者在12.5GHz处的差异差了0.418dB(Case3-Case2=0.418dB);2.谐振点的位置由过孔stub决定,如果过孔不背钻,谐振频率提前了12GHz。

虽然过孔stub的影响要大于pin stub 的影响,谐振点的位置由过孔stub决定,但pin stub对插损是有拉低作用的,见Case1、Case3的比较:在同样的过孔stub情况下,pin stub在12.5GHz处对插损拉低了0.165dB(Case3-Case1=0.165dB),但谐振点的位置相差无几;

仿真与真实的差异之处:Case3是我们做产品时,连接器压入过后的真实情况,而与之对应的仿真情况,很多人用的是Case1(即用“过孔”代替“过孔+连接器pin”的效应)这样仿真与真实情况在12.5GHz处的差异有0.165dB,如果链路中会出现2个连接器,那么仿真与真实值就差了0.35dB,当系统裕量紧张时,这点值得关注。


经过本文的分析,相信大家对连接器pin +过孔的综合效应有了清楚的认识,特别是pin stub的影响,在连接器选型时建议还是尽量选择短针的连接器、选择靠下的布线层进行布线,以减小pin stub 的影响。

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