在差分對上使用淚珠時存在的問題及如何影響阻抗

影響 PCBA 可靠性的主要因素之一是在 PCB 的跡線上使用淚珠。淚珠非常有用，一些制造商可能需要在他們制造的 III 類產(chǎn)品中使用淚珠，目的是在鉆孔上擴(kuò)展環(huán)形圈。與可靠性的許多方面一樣，這些考慮因素也涉及信號完整性領(lǐng)域，尤其是當(dāng)可靠性更高的產(chǎn)品需要更大的數(shù)據(jù)處理能力并以更高的速度運(yùn)行時。

因?yàn)楦咚?a target="_blank">接口使用差分對運(yùn)行，自然會出現(xiàn)的問題是：

你應(yīng)該在差分對上使用淚珠嗎？

這是高速設(shè)計中的一個重要問題，因?yàn)闇I珠本質(zhì)上會在通孔的輸入端引入輸入阻抗偏差。從概念上講，我認(rèn)為這是一個很好的問題，因?yàn)?PCB 淚珠對可靠性很重要，它反映了對淚珠可以改變阻抗的認(rèn)識。在本文中，我將分解在差分對上使用淚珠時存在的問題以及這些問題如何影響阻抗。

為什么是淚珠？

首先，我認(rèn)為重要的是要記住為什么淚珠可能會放置在差分對（或任何其他走線）上被路由到通孔中。在制造過程中，當(dāng)為通孔或其他 NPTH/安裝孔鉆孔時，鉆頭可能會在鉆孔命中之間徘徊并稍微錯過其鉆孔目標(biāo)。如果有很多漂移，鉆頭可能會從通孔中切斷連接跡線或焊盤，這可能會在電鍍后留下開路連接。

可以使用淚珠來幫助防止任何可能切斷連接到通孔焊盤的走線的突破。這里的想法是提供一些額外的銅，以幫助防止在制造過程中鉆孔的痕跡突破。

淚珠添加到 PCB 中的跡線。

一些 IPC Class 3 制造商會推薦淚珠，但這會帶來高速接口上的信號完整性問題。這些元素如何影響高速信號，尤其是差分對？這個問題很重要，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)高速接口使用差分信號，并且更多高可靠性產(chǎn)品正在采用這些協(xié)議。

向 RF 設(shè)計尋求智慧

信不信由你，我們可以再次從 RF PCB 設(shè)計實(shí)踐中尋求指導(dǎo)。我們在這些差分跡線上有一個錐形部分，RF 工程師經(jīng)常使用它來匹配阻抗。事實(shí)上，錐形被用作從微帶到襯底集成波導(dǎo) (SIW) 和接地共面波導(dǎo)的過渡元件。這些元件提供的阻抗匹配可以是寬帶的，并在具有中等帶寬的射頻信號的諧振之間提供非常一致的相位響應(yīng)。

對于數(shù)字信號，在檢查淚滴如何影響高速信號時，我們必須考慮三個挑戰(zhàn)：

帶寬：所有數(shù)字信號都有很寬的帶寬（理論上是無限的）；通道需要將頻率傳輸?shù)?Nyquist 頻率限制。

耦合：對于差分對，我們有一對耦合錐度，而不僅僅是一個單獨(dú)的錐度，耦合取決于走線寬度和間距。

錐形速率：淚滴逐漸變細(xì)到通孔焊盤寬度的速率決定了線對中一條跡線的單端阻抗變化的速率，從而決定了差分阻抗的變化速率。

錐形輪廓：淚珠輪廓是線性的還是彎曲的？這對于阻抗匹配和傳播也很重要。

由于這三點(diǎn)，要盡量減少淚滴對差分對的影響，需要選擇合適的錐度寬度和長度。但是，由于逐漸變細(xì)到更大的寬度會降低走線阻抗，因此您需要確保進(jìn)入過孔的輸入阻抗（僅在高頻下有效）低于錐形之前輸入走線的奇模阻抗。

對于差分線對，這意味著您需要控制線對之間的間距以及沿淚珠的錐度/長度。讓我們看一下這些要點(diǎn)：

錐度長度

接下來，我們應(yīng)該問，淚珠應(yīng)該使用什么錐度長度？再次，讓我們回到帶有錐度匹配部分的射頻系統(tǒng)。如果您需要具有一致回波損耗且在高帶寬下沒有諧振行為的匹配阻抗，則錐度需要提供平滑的阻抗轉(zhuǎn)換，直至達(dá)到所需的帶寬限制。這些錐形的帶寬限制由相變定義，以特定諧振頻率處的相長干涉為標(biāo)志（見下文）。

為什么要限制帶寬？這是因?yàn)樽呔€錐度就像一個高通濾波器，并且它具有一定的電氣長度，如果與通孔正確匹配，它將像它自己的一小段傳輸線一樣工作。我們可以通過（再次）從一般的錐度中獲得一些見解來看到錐度在哪里成為帶寬限制。下面的示例顯示了微帶走線從 50 Ohm 走線逐漸變細(xì)到 40 Ohm 輸出，并在 Rogers 3003 電介質(zhì)上帶有淚珠。我們可以立即看到，當(dāng)錐度變小時，帶寬限制會擴(kuò)展到更高的頻率。

用于 50 至 40 歐姆轉(zhuǎn)換的線性跡線錐形回波損耗頻譜。

我們只能在特定頻率下完美匹配，但在中頻范圍內(nèi)，回波損耗頻譜是平坦的。以上還假設(shè)錐度的輸出側(cè)與過孔完美匹配，但情況可能并非如此。如果是這樣，回波損耗會有所不同，并且將受較低頻率下通孔輸入處的反射系數(shù)支配。

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