PCB科技 - PCB廠差分線過孔的高速模擬分析

硬體系統設計中, 我們通常關注的串擾主要發生在連接器之間, 晶片封裝, 以及間距相對較近的平行記錄道. 然而, 在某些方面 電路板設計 屬於 PCB工廠, 高速差分通孔之間也會發生較大串擾. 編輯 PCB工廠 提供了高速差分通孔間串擾的類比分析示例和解決方案.

高速差分通孔之間的串擾

對於較厚的PCB，厚度可能達到2.4mm或3mm。 以3mm單板為例。 此時，PCB上Z方向的通孔長度可達到近118密耳。 如果PCB上有0.8mm間距的BGA，則BGA設備的扇出通孔間距僅約為31.5mil。

如圖1所示, 兩對相鄰差分通孔之間的Z方向平行長度H大於100密耳, 兩對差分通孔之間的水准距離為S=31.500萬. 當Z方向上過孔之間的平行距離遠大於水准距離時, 必須考慮高速訊號差分通孔之間的串擾問題. 順便說一句, 設計時 高速PCB, 應盡可能减少通孔存根的長度，以减少對訊號的影響. 如下圖1所示, 如果靠近底層佈線，則存根會更短. 或者可以使用反鑽孔.

圖1：高速差分過孔產生的串擾（H>100mil，S=31.5mil）

差分通孔間串擾的模擬分析

以下是一個設計示例的類比，電路板厚度為3mm，0.8mm BGA扇出通孔間距為31.5mil，通孔平行距離H=112mil。

如圖2所示，我們根據路由將4對差分對定義為8個差分埠。

圖2：串擾類比埠定義

假設差分埠D1-D4是晶片的接收端，我們通過觀察D5、D7和D8埠到D2埠的遠端串擾來分析相鄰通道的串擾。 從圖3所示的結果中，我們可以看到，距離相對較近的兩個通道之間的遠端串擾可以達到- 37dB@5GHz 以及- 32dB@10GHz 需要進一步優化設計以减少串擾。

圖3：差分對之間的串擾模擬結果

讀了這篇文章後，您可能會有疑問：如何確定由差動過孔引起的串擾，而不是由差動記錄道引起的串擾？

為了說明這個問題，我們將上述示例分為兩部分，BGA扇出區和差分記錄道，分別進行模擬。 模擬結果如圖4所示：

圖4:BGA扇出區和差分跟踪串擾類比結果

根據圖4右側的類比結果, 可以看出，差分記錄道之間的串擾低於-50dB, 甚至在10GHz頻段達到-60dB以下. BGA扇出區的串擾相對接近原始整體類比的串擾值. 根據圖4中的類比結果, 我們可以得出結論，在上述示例中，差分通孔之間的串擾起著主要作用.

差分通孔間串擾的優化

瞭解這些問題導致串擾的根本原因後，優化差分通孔間串擾的方法就更清晰了。 增大差動過孔間距是一種簡單、簡單、有效的方法。 基於示例的原始設計，我們優化了差分通孔的位置，使每對差分通孔之間的間距大於75密耳。 從圖5所示的模擬結果和錶1中的數據比較可以看出，優化後的遠端串擾在15GHz頻段比原設計提高了15-20dB，在15-20GHz頻段比原設計提高了10dB。

圖5：優化差分通孔間距後的串擾模擬結果