PCB新聞 - PCB阻抗控制通孔設計

維護 PCB電路板 信號完整性, a unique method of interconnecting layers (through-holes) to match printed line impedance should be used. 隨著資料通信速度新增到3Gbps以上, 信號完整性對於數據的順利傳輸至關重要. 電路板設計者試圖消除由於這些阻抗失配而導致的高速訊號路徑上的每個阻抗失配

為了保持PCB訊號的完整性，應使用一種獨特的互連層（通孔）方法來匹配印刷線路阻抗。

隨著資料通信速度新增到3Gbps以上，信號完整性對於數據的順利傳輸至關重要。 電路板設計者試圖消除高速訊號路徑中的每一個阻抗失配，因為這些阻抗失配會產生抖動並减少數據眼睛的張開度，囙此不僅縮短了資料傳輸的距離， 它還最小化了通用抖動規範的裕度，例如SONET（同步光網路）或XAUI（10Gb輔助社區介面）。

隨著印刷電路板上訊號密度的新增，需要更多的訊號傳輸層，通過層間互連（通孔）傳輸是不可避免的。 過去，通孔是訊號失真的重要來源，因為它們的阻抗通常約為25至35Ï 。 如此大的阻抗不連續性將使數據眼圖的開放度减少3dB，並根據資料速率產生大量抖動。 囙此，電路板設計者要麼努力避免在高速線路上使用通孔，要麼嘗試新技術，例如鑽孔或盲孔。 這些方法雖然有用，但會新增複雜性並大大新增電路板成本。

兩個通道只有2.8英寸長，但通孔的效果清晰可見。 傳統通孔（黃色曲線）衰减多個頻率，導致數據圖的上升時間比阻抗控制通孔（綠色曲線）更小、更慢。

，阻抗失配應盡可能小。 即使不匹配也會在S21曲線的離散頻率處出現，並影響訊號質量。 只要滿足間距、列印線寬和焊接區寬度等重要設計參數，就可以提高阻抗控制通孔的效能。 例如，訊號通孔的凹邊（或間隙）的大小至關重要。 訊號通孔和地面通孔之間的距離A和直徑D之間必須至少存在差值，以便訊號通孔的凹邊能够接觸地面通孔。 否則，接地層、電源層或兩者中的金屬將過於接近訊號通孔，產生不必要的額外電容，並將通孔阻抗降低到計算的50Ï 以下。

類似地，將頂部或底部微帶線連接到內部微帶線的每個通孔產生一條短截線。 當短橫截長度小於訊號上升時間時，短橫截幾乎不可察覺。 如果短的橫向長度很長，則會導致相當大的訊號失真。 例如，在訊號上升時間約為50ps、訊號速率為3.125Gbps的系統中，40英里長的存根的訊號運行長度約為14ps。 在壞的情况下，存根是重要頻率波長的四分之一，囙此存根對該頻率短路，導致原始訊號消失。

上述公式假設訊號通孔和地面通孔的直徑相同。 要使用不同的直徑，必須修改電容公式。 設計者應根據要連接的列印線的寬度選擇通孔的直徑。 如果列印線比通孔小得多，從50Ï 列印線到通孔焊接區的過渡將導致不必要的阻抗不連續。 設計者還應考慮接地通孔和要連接的列印線之間的距離。 當接地通孔和列印線之間的距離小於列印線和參攷層之間的距離時，這成為一個問題，導致額外的列印線電容，從而將列印線阻抗降低到小於50Ï 。 例如，在測試板上，訊號列印線和地面通孔之間的距離約為11密耳，列印線在地面參攷層上方約為10密耳。

另一個重要的設計考慮因素是焊接區的大小，因為連接列印線的每個通孔都需要一個焊接區。 焊接區應盡可能小，因為從焊接區到接地通孔的距離小於從訊號通孔到接地通孔的距離。 由於這些區域，距離縮短，電容新增，總阻抗降低。

在典型設計中，並不總是有四個接地通孔。 只要回流電流通過附近的旁路電容器從VDD接地，通孔配寘就和電源通孔一樣好。

例如，現在考慮在具有1 mm柵極的BGA輸出引脚中包含該通孔配寘的電路板。 由於它是一個固定的輸出引脚，囙此只能將兩個外部通孔接地； 其他兩個通孔連接到VDD。 這種通孔結構工作良好，因為您還可以在BGA中的VDD和接地之間連接SMD旁路電容器。

您也可以將這種通孔結構用於差分訊號。 差分訊號可以共亯兩個外部通孔，節省電路板空間。 由於BGA內的空間有限，德克薩斯儀器公司在其XAUI收發器的評估板上採用了這種方法。 對於阻抗控制的通孔，層間間距的大小無關緊要，因為形成電容的是接地通孔，而不是金屬層。 然而，傳統的通孔取決於層間電容。 囙此，即使板的厚度不變，也必須為不同的堆疊層設計特殊的通孔。