高速PCB設(shè)計中過孔結(jié)構(gòu)案例解析

作者：蔣修國

過孔的應(yīng)用場景非常多，過孔的結(jié)構(gòu)也是相當(dāng)復(fù)雜，在寫《ADS信號完整性仿真與實戰(zhàn)》一書時，用了一整章介紹了過孔。如下是過孔的一張簡化結(jié)構(gòu)圖：

其中就包括了過孔的殘樁Stub。

通常，在普通設(shè)計高多層板的時候，工程師都是想著把高速信號線或者射頻線設(shè)計在內(nèi)層（帶狀線）或者外層（微帶線）好就行，而不考慮到底是布線在內(nèi)層的第幾層，認(rèn)為帶狀線性能都是一樣的。

其實并不是如此的，就近期我們處理的一個案例來講，原本其設(shè)計如下圖所示：

經(jīng)過仿真之后，得到的插入損耗和回波損耗的結(jié)果如下圖所示：

從上面的結(jié)果可以看到，不管是插入損耗還是回波損耗都非常差。再查看其阻抗，如下圖所示：

從上圖可以看到，其阻抗只有61ohm。以上的設(shè)計中，殘樁最大值達到了72mil。按照生產(chǎn)工藝，在仿真軟件ADS中把過孔的殘樁去掉之后，如下圖所示：

獲得的仿真結(jié)果與原始的對比如下圖所示：

顯然，去掉殘樁之后，插入損耗和回波損耗都得到了很好的改善。在14GHz左右，插入損耗相差約40dB，回波損耗也相差了約13dB。這對于高速信號的設(shè)計影響非常的大。再對比下其阻抗，如下圖所示：

兩個設(shè)計的過孔阻抗相差了約20ohm。

下面從大家比較熟知的眼圖，也可以看到一些結(jié)果上的差異：

上圖是按照16Gbps的信號速率獲得的眼圖結(jié)果，顯然，存在很大殘樁時，其眼圖完全閉合，而去掉殘樁之后，其眼圖張開了。

所以，過孔殘樁會直接影響到信號傳輸?shù)男阅埽こ處熢谠O(shè)計時要重視過孔殘樁的存在。在信號速率比較高，且殘樁比較長時，在PCB生產(chǎn)時，要考慮在過孔處使用Backdrill工藝，或者使用盲埋孔。當(dāng)然，并不是每一類設(shè)計都要使用Backdrill工藝或者盲埋孔，因為它們都會帶來成本上的增加。

編輯：hfy