加淚滴對信號S參數(shù)有什么影響

高速先生成員--周偉

受到了越來越多的關(guān)注后，我們也會經(jīng)常被粉絲以及客戶問各種關(guān)于高速設(shè)計的一些問題，還有些通過我們的市場經(jīng)理們來問，這不下面就是我們的一個客戶通過我們的市場經(jīng)理問的一個問題：

這個問題其實(shí)經(jīng)常被問到，既然這么多朋友關(guān)心這個問題，本期文章我們就專門來討論一下這個淚滴到底有沒有影響。

今天我們說的淚滴，顧名思義就是PCB上為了增強(qiáng)過孔或者元件與走線之間的連接強(qiáng)度，人為的在這個連接之間把線路走粗，就好像眼淚一樣，有時也叫漸變線，如下圖所示。

淚滴的作用主要有如下幾點(diǎn)：

1、增大焊盤機(jī)械強(qiáng)度，避免電路板受到巨大外力的沖撞時，導(dǎo)線與焊盤或者導(dǎo)線與導(dǎo)孔的接觸點(diǎn)斷開，也可使PCB電路板顯得更加美觀；

2、焊接上，可以保護(hù)焊盤，避免多次焊接時焊盤的脫落，生產(chǎn)時可以避免蝕刻不均，或者鉆孔偏向?qū)Ь€時，避免出現(xiàn)連接處的裂縫而開路，且易于清洗蝕刻藥水，不留清洗死角；

3、信號傳輸時平滑阻抗，減少阻抗的急劇跳變，避免高頻信號傳輸時由于線寬突然變小而造成反射，可使走線與元件焊盤之間的連接趨于平穩(wěn)過渡化；

簡而言之，淚滴從生產(chǎn)加工的角度好處如下：添加淚滴可以讓電路在PCB板上的連接更加穩(wěn)固，可靠性高，這樣做出來的系統(tǒng)可能會更穩(wěn)定。

以上都是從生產(chǎn)加工的角度對淚滴作用的傳統(tǒng)認(rèn)識，在早期信號速率普遍不高的產(chǎn)品中，確實(shí)會看到很多產(chǎn)品（尤其是軍工）會默認(rèn)添加淚滴的做法，但是為什么現(xiàn)在的消費(fèi)性產(chǎn)品卻越來越少這樣去做了呢？難道是因?yàn)樾盘査俾首兏咧鬁I滴會對高速信號有較大的負(fù)面影響？

帶著這個疑問，我們可以從仿真的角度來具體分析一下。

先來看一下單線過孔換層的情況，下面是一個射頻信號的換層孔，信號線比較寬參考第三層，過孔從表層換到底層，板厚1.6mm，如下是有無淚滴的過孔示意圖。

插損結(jié)果對比（紅色無淚滴，綠色有淚滴）

此時的漸變淚滴其實(shí)從形狀來看相對于沒有淚滴改變的不多，所以按照理論來說影響可能會很小，下面的仿真數(shù)據(jù)也證明了我們的理論猜測沒有錯。

回?fù)p結(jié)果對比（紅色無淚滴，綠色有淚滴）

阻抗對比結(jié)果（紅色無淚滴，綠色有淚滴）

可以看到由于這個過孔本身已經(jīng)是優(yōu)化好的，過孔和線路阻抗比較匹配，加了淚滴后，插損基本上沒有太大影響，主要的影響在回?fù)p和阻抗上，回?fù)p差了-2dB左右，阻抗低了0.35ohm左右。

再來看看差分過孔的情況，我們在如下的過孔上進(jìn)行有無淚滴的仿真對比，為了明確問題，我們固定其它所有的參數(shù)都是一樣，唯一的區(qū)別就是增加淚滴，當(dāng)然也考慮到不同軟件自動添加淚滴的形狀可能不一樣，我們也增加了幾種不同的淚滴形式，如大淚滴，漸近淚滴等，從而綜合得出不同淚滴的影響情況。

仿真結(jié)果分別如下：

插損結(jié)果對比（紅色無淚滴，藍(lán)色為大淚滴，綠色為漸變線）

回?fù)p結(jié)果對比（紅色無淚滴，藍(lán)色為大淚滴，綠色為漸變線）

阻抗結(jié)果對比（紅色無淚滴，藍(lán)色為大淚滴，綠色為漸變線）

可以看到由于這個差分過孔本身也是已經(jīng)優(yōu)化好的，過孔和線路阻抗比較匹配，加了淚滴后，插損基本上沒有太大影響，主要的影響在回?fù)p和阻抗上，回?fù)p在低頻（8GHz以下）差得比較多，在高頻（8GHz以上）差了-2dB左右，高點(diǎn)和低點(diǎn)處阻抗低了1.5~2ohm左右，淚滴越寬影響就越大。

從上面兩種單端和差分過孔的仿真上可以看出，在過孔本身優(yōu)化好的情況下，增加淚滴對無源S參數(shù)的影響，從插損上來看影響比較小，主要的影響在回?fù)p和阻抗，頻率越高，淚滴越大，對回?fù)p和阻抗的影響也越大。再深入一點(diǎn)，如果過孔本身沒有優(yōu)化的話，阻抗一般是比較低的，這個時候如果再增加淚滴，由于容性的影響會讓過孔阻抗變得更低，如果信號本身處于裕量的邊沿，那么增加的淚滴就是壓死駱駝的最后一根稻草，當(dāng)然大部分信號其實(shí)還是有一定的裕量，尤其是速率不超過1Gbps的信號，此時增加的淚滴就影響有限。

審核編輯 黃宇