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过孔基础知识与差分过孔设计

TI?? 2015年07月13日 ?? 收藏8

3. 设计一个透明的差分过孔

在实现差分对时,线路A与线路B之间必须高度对称。这些对在同一层内走线,如果需要一个过孔,必须在两条线路的临近位置上打孔。由于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减少寄生电容,而不是使用两个单独的隔离盘。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:使用背面钻孔的GSSG差分过孔
图2:使用背面钻孔的GSSG差分过孔

不要忘记,在传输速率超过10Gbps时,过孔残桩会严重影响高速信号完整性。幸运的是,有一种背面钻孔PCB制造工艺,此工艺可以在未使用的过孔圆柱上钻孔。根据制造工艺公差的不同,背面钻孔去除了未使用的过孔金属,并最大限度地将过孔残桩减少到10mil以下。

3D EM仿真器用来根据所需的阻抗和带宽来设计差分过孔。这是一个反复的过程。此过程重复地调整过孔尺寸,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,然后第二对差分过孔再次连接至顶层的球状引脚栅格阵列封装 (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,并用高速示波器测量了数据眼图来了解其对信号的影响。图3,4,5分别显示了阻抗、带宽和眼图。左图是使用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,我们可以很清楚地看到背面钻孔对于在数据速率大于10Gbps 的情况下实现高性能是必不可少的。

图3:TDR阻抗波特图(左:使用背面钻孔,Z<SUB>DIFF</SUB>大约为85Ω;右:无背面钻孔,Z<SUB>DIFF</SUB>大约为58Ω)
图3:TDR阻抗波特图(左:使用背面钻孔,ZDIFF大约为85Ω;右:无背面钻孔,ZDIFF大约为58Ω)

图4:频率响应(左:12.5GHz时的插入损耗大约为3dB ;右:12.5GHz时的插入损耗大于8dB)
图4:频率响应(左:12.5GHz时的插入损耗大约为3dB ;右:12.5GHz时的插入损耗大于8dB)

图5:25Gbps时的数据眼图(左:使用背面钻孔时,数据眼是打开的;右:无背面钻孔时,数据眼是关闭的。)
图5:25Gbps时的数据眼图(左:使用背面钻孔时,数据眼是打开的;右:无背面钻孔时,数据眼是关闭的。)


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差分过孔? PCB? 信号完整性?

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