Leiterplattentechnisch - Der Grund, warum Signalverzerrungen beim Leiterplattendesign oft ignoriert werden

Im Laufe der Jahre haben Ingenieure mehrere Methoden entwickelt, um mit dem Rauschen umzugehen, das digitale Hochgeschwindigkeitssignalverzerrungen beim Leiterplattendesign verursacht. Mit fortschreitender Designtechnologie steigt auch unsere technische Komplexität, diese neuen Herausforderungen zu bewältigen. Derzeit wird die Geschwindigkeit digitaler Konstruktionssysteme in GHz gemessen, und die Herausforderungen, die durch diese Geschwindigkeit verursacht werden, sind weitaus größer als in der Vergangenheit. Da die Kantenrate in Pikosekunden gemessen wird, wirkt sich jede Impedanzkonstinuität, Induktivität oder Kapazitätsstörung negativ auf die Signalqualität aus. Obwohl es verschiedene Quellen gibt, die Signalstörungen verursachen können, sind Vias eine spezielle und oft übersehene Quelle.

Versteckte Gefahren in einfachen Durchgängen

High-Density Interconnection (HDI), Leiterplatten mit hoher Anzahl und dicke Backplane/Middle Board Via-Hole-Signale werden durch mehr Jitter, Dämpfung und höhere Bitfehlerrate (BER) beeinflusst, was dazu führt, dass Daten am Empfangsende beschädigt werden. Fehlinterpretation.

Nehmen Sie die Backplane und die Tochterkarte als Beispiel. Bei Impedanzunterbrechungen liegt der Fokus auf den Anschlüssen zwischen diesen Boards und der Mutterkarte. Normalerweise sind diese Steckverbinder in Bezug auf Impedanz sehr aufeinander abgestimmt, und die Diskontinuität stammt tatsächlich von der Via.

Wenn die Datenrate steigt, steigt auch die Verzerrung, die durch das plattierte Durchgangsloch (PTH) über die Struktur verursacht wird – in der Regel mit einer exponentiellen Rate, die viel höher ist als der relevante Datenrate-Inkrement. Beispielsweise ist die Verzerrung eines PTH über 6,25Gb/s in der Regel mehr als doppelt so groß wie bei 3,125Gb/s.

Das Vorhandensein von unerwünschten via Stub-Erweiterungsschichten auf der unteren und oberen Schicht lässt die Vias niedrigere Impedanzdiskontinuitäten aufweisen. Eine Möglichkeit für Ingenieure, die zusätzliche Kapazität dieser Durchkontaktierungen zu überwinden, besteht darin, ihre Länge zu minimieren und dadurch ihre Impedanz zu reduzieren. Das ist der Ursprung des Rückenbohrens.

Rückbohrtechnik einsetzen

Durch das Entfernen der Durchgangsreste wurde das Rückbohren weithin als einfache und effektive Methode angesehen, um die Signaldämpfung des Kanals zu minimieren. Diese Technik wird als feste Tiefenbohrung bezeichnet und verwendet traditionelle numerische Steuerung (NC) Bohrgeräte. Gleichzeitig kann die Technologie auf jede Art von Leiterplatte angewendet werden, nicht nur auf eine dicke Platine wie eine Backplane.

Im Vergleich zum Original-Durchgang hat der Bohrer, der beim Rückbohrverfahren verwendet wird, einen etwas größeren Durchmesser, um unnötige Leiterstummel zu entfernen. Der Bohrer ist normalerweise 8mil größer als der Hauptbohrer, aber viele Hersteller können die strengeren Spezifikationen erfüllen.

Es sollte daran erinnert werden, dass der Abstand zwischen der Spur und der Ebene groß genug sein muss, um sicherzustellen, dass das Rückbohrverfahren nicht in nahe gelegene Spuren und Ebenen eindringt. Um das Eindringen von Spuren und Ebenen zu vermeiden, ist der empfohlene Abstand 10mil.

Generell gibt es viele Vorteile, die Länge der Durchgangsstöcke durch Rückbohren zu reduzieren, einschließlich:

Reduzieren Sie den deterministischen Jitter um Größenordnungen, was zu einer geringeren Bitfehlerrate führt.

Reduzieren Sie die Signaldämpfung durch verbesserte Impedanzanpassung.

Reduzieren Sie die elektromagnetische Interferenz und erhöhen Sie die Kanalbandbreite.

Reduzieren Sie Resonanzanregungsmodus und Übersprechen zwischen Vias.

Durch geringere Herstellungskosten als die sequentielle Laminierung werden Design- und Layouteinflüsse minimiert.

Kommunizieren Sie Design Intention durch Back Drilling

Durch den häufigen Einsatz von Back-Drilling-Technologie in hochdichten Verbindungs- und Hochgeschwindigkeits-Konstruktionsanwendungen bringt diese Methode auch Zuverlässigkeitsprobleme mit sich. Einige der Probleme sind das Fehlen von Konstruktionsrichtlinien, Fertigungstoleranzen und wie sichergestellt werden kann, dass die Konstruktionsabsicht gut an die Fertigungseinheit kommuniziert wird.

Wie stellen Sie also sicher, dass Ihr Hersteller über alle Informationen verfügt, die für hinterbohrte Zieldurchführungen und plattierte Durchgangskomponenten benötigt werden? Wie kann man mehrere Ebenen von hinterbohrten Spezifikationen während des gesamten Designprozesses verfolgen?

In der Tat ist das, was benötigt wird, sehr einfach: ein einfaches visuelles Konfigurationstool, das in die Designregeln integriert ist, mit dem Sie verschiedene Back-Drill-Konfigurationen für das ausgewählte Objekt festlegen können. Dann können Sie die Software überlassen, die weiß, welche Durchkontaktierungen Back-Drilling benötigen, um Ihnen bei der Arbeit zu helfen.