原创 当连接器pin stub≥过孔stub，过孔stub是否还需要背钻？

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？

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：

图2  SFP+ 2*8 PLUS连接器结构图

它在PCB上的封装如下图所示：

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：

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：

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：

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：

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。

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：

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。