Technologie PCB - Application série à haute vitesse avec perçage optimisé de l'intégrité du signal

À basse fréquence, les Vias ont peu d'effet. Mais dans une connexion série à grande vitesse, un trou de travers peut détruire l'ensemble du système.

Dans certains cas, à 3.125gbps, ils peuvent utiliser une belle ouverture large. Transformez - le en un pilier à 5 Gbps. La raison sous - jacente de la compréhension des limites de pores excessifs est la première étape pour optimiser la conception et valider les pores excessifs.

Cet article décrira un processus simple de modélisation et de simulation de porosités à partir duquel certains points clés d'une conception optimisée peuvent être obtenus.

Vous ne pouvez pas arriver à concevoir une interconnexion qui fonctionnera à 2 Gbps ou plus. Pour atteindre le taux de transfert de données cible, les interconnexions doivent être optimisées. Dans de nombreux cas, le perçage peut devenir la fin d'une connexion série à grande vitesse, à moins que le perçage ne soit optimisé pour avoir moins d'impact.

La cause sous - jacente du problème de porosité différentielle provient principalement de trois aspects, 90% de porosité, 9% de porosité et 1% de porosité de retour. Ce que l'on appelle le processus via est de résoudre ces trois points clés.

La première étape consiste à minimiser la longueur de la racine du trou traversant. En règle générale, la longueur de la racine du trou percé (en mils) doit être inférieure à 300 mils / BR, br étant le débit Gbps.

La deuxième étape consiste à rapprocher la partie pénétrante du chemin des trous de l'impédance de la ligne, typiquement de 100 ohms. La différence d'impédance des différents pores est généralement inférieure à 100 ohms. Ainsi, si possible, minimisez le diamètre, augmentez l'espacement, nettoyez les trous, augmentez les trous traversants sur les couches et enlevez tous les Plots inutiles. De plus, l'impédance de la ligne environnante peut être réduite. Typiquement, même une différence d'impédance de 65 ohms entraîne des pertes d'insertion inférieures à - 1 DB, sans parler des systèmes à 15 GHz, différence de 100 ohms.

Enfin, la mise en place de trous de retour adjacents à proximité de l'espace de signalisation aidera à contrôler le bruit de signal généré par la transmission de signaux ordinaires dans le système. Pour différents systèmes, l'introduction de BACKHAUL n'est pas nécessairement cruciale pour la qualité du signal, bien que ce soit toujours une bonne habitude.

Une fois que ces points clés sont optimisés, compte tenu de la situation réelle, nous avons toujours la même question, est - ce que cela fonctionnera correctement? Est - ce que j'en fais assez pour traiter les trous?

Une façon de répondre à cette question est de configurer un appareil de test et de prendre des mesures. C’est l’approche « test Performance ». Le coût est très élevé, prend du temps et consomme des ressources, mais le résultat final sera que vous êtes sûr d'améliorer considérablement la fiabilité de votre produit. Une autre méthode consiste à simuler la conception finale avant de déterminer le matériel et de soumettre la construction.

La seule façon de simuler avec précision les pores différentiels est d'utiliser des solveurs de champs électromagnétiques 3D à ondes complètes, tels que ceux fournis par Agilent Technologies et CST. Ces outils se sont révélés très précis et expliquent facilement les effets différents et communs, y compris ceux provenant des chemins de retour, mais ils sont généralement plus complexes. Le module de représentation du nombre s de cet outil peut être utilisé dans de nombreux simulateurs de systèmes pour prédire les effets primaires et secondaires. C'est un processus parfait.

Cependant, pour certaines structures poreuses, il est possible d'approximer les caractéristiques d'impédance différentielle avec des modules très simples. De cette façon, l'analyse des préformes peut être réduite à quelques minutes au lieu de quelques heures ou même quelques jours. Il permet également une analyse approfondie du nombre de problèmes possibles auxquels le trou sera confronté, ainsi que des caractéristiques relativement importantes pour la conception. Par conséquent, lors de l'évaluation de l'effet de porosité dans un tandem à grande vitesse, nous utilisons toujours un modèle simple en premier. Le rendement est énorme par rapport à l'énergie investie.

Tout d'abord, les pores différentiels peuvent être simulés en paires différentielles uniformes avec impédance différentielle et permittivité diélectrique. Il est divisé en deux ou trois parties égales en fonction de la façon dont la couche de signal entre et sort du trou. La seule différence entre ces sections est leur longueur. Ils ont tous la même impédance différentielle ou de mode impair et la même constante diélectrique.

Sur la base d'un modèle typique d'analyse d'impédance à double tige, il est possible d'estimer grossièrement l'impédance différentielle des deux pores. Comme le montre la figure 1

L'impédance différentielle peut être estimée par un modèle à double tige:

Z0 = impédance différentielle (ohms)

D = diamètre du trou traversant (mil)

S = distance du Centre au Centre (mil)

DK = constante diélectrique effective d'environ 4 - 6,5

Par example, si la constante diélectrique de la tresse de verre et de la résine est de 5, le jeu de 60 mils et le diamètre du via de 30 mils, l'impédance différentielle est:

Les Vias sont généralement inférieurs à 100 ohms. Quelles valeurs pouvons - nous accepter? La réponse la plus courante à la question de l'intégrité du signal est: « Cela dépend de la situation. » si une perte d'insertion de - 1 dB est acceptable, l'impédance de la porosité peut être aussi faible que 65 ohms, mais cette spécification de performance peut toujours être satisfaite dans un environnement de 100 ohms.

En général, ce n'est qu'en utilisant ce modèle électrique pour simuler l'ensemble du lien que vous obtiendrez une réponse confiante. Cette simple paire différentielle de modèles est un élément nécessaire pour établir la confiance dans la conception avant la fabrication.