Leiterplattentechnisch - Signalintegritätsoptimierende serielle Hochgeschwindigkeitsanwendungen von Durchkontaktierungen

Bei niedrigen Frequenzen hat das Durchgangsloch wenig Wirkung. Aber bei der Hochgeschwindigkeits-Serienverbindung ruiniert das Durchgangsloch das gesamte System.

In einigen Fällen, bei 3.125Gbps, sie/Sie brauchen eine nette, große Blende. Verwandeln Sie es in eine Säule mit 5 Gbps. Das Verständnis der Ursache für die Begrenzung von Durchkontaktierungen ist der erste Schritt zur Optimierung ihrer Design und ihre Überprüfung.

Dieser Artikel beschreibt einen einfachen Über-Loch-Modellierungs- und Simulationsprozess, aus dem Sie einige Schlüsselpunkte für ein optimales Design erhalten können.

Du kannst nicht zufällig Design Ein Interconnect, der mit 2Gbps oder höher arbeiten kann. Um die angestrebte Datenübertragungsrate zu erreichen, die Verbindung muss optimiert werden. In vielen Fällen, Durchkontaktierungen können das Ende der Hochgeschwindigkeits-Serienverbindung werden, es sei denn, Durchkontaktierungen sind optimiert, um ihre Auswirkung zu verringern.

Die Hauptursache des Differenzials über Problem kommt hauptsächlich von drei Aspekten, 90% ist der Viastub, 9% ist von den Vias, und der andere 1% ist von den Return Vias. Das sogenannte Via-Verfahren soll diese drei Schlüsselpunkte lösen.

Der erste Schritt besteht darin, die Länge der Durchgangswurzel zu minimieren. Als Faustregel gilt, dass die Länge der Durchwurzel in mils kleiner als 300 mils/BR sein sollte und Br die Gbps-Rate ist.

Der zweite Schritt besteht darin, den durchdringenden Teil des Lochpfades nahe an der Impedanz der Leitung zu machen, die normalerweise 100 Ohms beträgt. Die Impedanzdifferenz verschiedener Durchgänge ist normalerweise kleiner als 100 Ohms. Versuchen Sie daher, wenn möglich, den Durchmesser zu reduzieren, den Abstand zu vergrößern, die Löcher zu löschen, die Durchgangslöcher auf der Schicht zu erhöhen und alle nutzlosen Pads zu entfernen. Zusätzlich kann die umgebende Leitungsimedanz reduziert werden. Im Allgemeinen führt sogar eine 65-Ohm-Impedanzdifferenz zu einer Einfügedämpfung von weniger als -1 dB, geschweige denn ein 15GHz-, 100-Ohm-Differenzsystem.

Schließlich hilft die Platzierung benachbarter Rückkopplungen in der Nähe des Signalraums, das Signalrauschen zu steuern, das durch die Übertragung gewöhnlicher Signale im System erzeugt wird. Für verschiedene Systeme ist die Einführung des Return-Via nicht unbedingt entscheidend für die Signalqualität, obwohl dies immer eine gute Gewohnheit ist.

Sobald diese Schlüsselpunkte unter Berücksichtigung der realen Situation optimiert sind, haben wir immer das gleiche Problem, wird es normal funktionieren? Habe ich bei der Verarbeitung von Vias genug getan?

Eine Möglichkeit, diese Frage zu beantworten, besteht darin, ein Testgerät einzurichten und Messungen durchzuführen. Dies ist der "Test Performance"-Ansatz. Die Kosten sind sehr hoch, zeit- und ressourcenintensiv, aber das Endergebnis wird Ihr Vertrauen in die erhebliche Verbesserung der Produktzuverlässigkeit sein. Eine weitere Methode besteht darin, den endgültigen Entwurf zu simulieren, bevor die Hardware bestimmt und für den Bau eingereicht wird.

Die einzige Möglichkeit, Differentialverbindungen präzise zu simulieren, ist der Einsatz von 3D-Vollwellen-elektromagnetischen Feldlösern, wie sie von Agilent Technologies und CST bereitgestellt werden. Diese Werkzeuge haben sich als sehr genau erwiesen, und es ist leicht, die verschiedenen und häufigen Effekte, einschließlich derjenigen aus dem Rückweg, zu erklären, aber sie sind im Allgemeinen komplexer. Das S-Zahlendarstellungsmodul dieses Tools kann in vielen Systemsimulatoren verwendet werden, um die Effekte der ersten und zweiten Ebene vorherzusagen. Das ist ein perfekter Prozess.

Für einige Via-Strukturen können die differentiellen Impedanzmerkmale jedoch mit einem sehr einfachen Modul approximiert werden. Auf diese Weise kann das Analyseprefab auf Minuten statt Stunden oder gar Tage verkürzt werden. Es kann auch eingehend analysieren, wie viele mögliche Probleme die Durchkontaktierungen haben und welche Eigenschaften für das Design relativ wichtig sind. Daher verwenden wir bei der Auswertung des Via-Effekts in Hochgeschwindigkeitsserien immer zuerst ein einfaches Modell. Im Verhältnis zur investierten Energie ist die Rendite enorm.

Zunächst kann das Differentialverbindung als einheitliches Differentialpaar mit Differenzimpedanz und Dielektrizitätskonstante simuliert werden. Sie ist in zwei oder drei gleiche Teile unterteilt, je nachdem, wie die Signalschicht in die Via eintritt und verlässt. Der einzige Unterschied in diesen Teilen ist ihre Länge. Sie alle haben die gleiche Differenzimpedanz oder ungerade Modeimpedanz und dielektrische Konstante.

Die Differenzimpedanz der beiden Durchkontaktierungen kann grob auf Basis des typischen Impedanzanalysemodells von Doppelstäben geschätzt werden. Wie in Abbildung 1 gezeigt

Die Differenzimpedanz kann mit Hilfe des Doppelstabmodells abgeschätzt werden:

Z0­Differenzimpedanz (ohm)

D Durchmesser des Durchgangslochs (mils)

s Distanz von Mitte zu Mitte (mils)

Dk die effektive dielektrische Konstante ist etwa 4-6.5

Zum Beispiel, wenn die dielektrische Konstante von Glasgewebe und Harz 5 ist, der Spalt 60 mils und der Durchmesser des Durchgangs 30 mils ist, dann ist die Differenzimpedanz:

Die Vias sind im Allgemeinen weniger als 100 Ohms. Welcher Wert ist für uns akzeptabel? Die häufigste Antwort auf die Frage der Signalintegrität ist: "Es hängt davon ab." Wenn die Einfügedämpfung von -1dB akzeptabel ist, dann kann die Impedanz des Durchgangs bis zu 65 Ohms sein, aber sie kann immer noch in einer 100 Ohm Umgebung erfüllt werden.

Im Allgemeinen gibt Ihnen nur die Verwendung dieses elektrischen Modells zur Simulation der gesamten Verbindung eine sichere Antwort. Dieses einfache Differentialpaarmodell ist ein notwendiges Element, um Vertrauen in Ihr Design zu schaffen, bevor Sie es herstellen.