标签: 过孔stub

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。

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： 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：   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：   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：   图 4   过孔背钻侧面图 以上两种情况下的插损如下图所示：   图 5各种情况插损对比图  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。 过孔stub信号

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。 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 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。