连接器过孔stub对信号的影响

shuszhao

假设PCB厚度=2.2mm，信号从top层经过孔换层到内侧，本文用连接器的过孔为例进行说明，某连接器的过孔完成孔径（即电镀后）是0.46mm，但钻孔孔径是0.55mm（即电镀前），如下图所示：

                               
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图 1过孔结构图


下面我们对该过孔进行建模仿真，看看过孔stub到底对信号有什么样的影响，影响有多大。


过孔孔径0.55mm，过孔是空心的，红色圆环为孔壁，过孔的俯视图如下所示：

                               
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图 2过孔俯视图


1.当过孔不背钻时，从bottom到布线层的过孔stub为30.6mil，如下图所示：

                               
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图 3   过孔不背钻侧面图


2.对过孔背钻，为了不伤害到布线层，进行背钻时会留个安全间距，以2.2mm的板厚，背钻残端会有2~10mil，我们按照最差的情况进行分析，即背钻后过孔stub=10mil，如下图所示：

                               
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图 4   过孔背钻侧面图
以上两种情况下的插损如下图所示：

                               
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图 5各种情况插损对比图

                               
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图 6各种情况回损对比图
说明：
SDD21_1：Case1过孔不背钻，过孔stub为30.6mil；
SDD21_2：Case2过孔背钻，过孔stub为10mil。


Table1.过孔不同处理方式对比

                               
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[li]对于10Gbps的信号，在其奈奎斯特频率5GHz处，背不背钻，两者的差异只有0.1dB。[/li][li]但是对于25Gbps的信号，在其奈奎斯特频率12.5GHz处，不背钻时的插损=-1.459dB，背钻后的插损=-0.885dB，背钻后插损提升了0.574dB，这个什么概念呢？相当于走线可以多走近1inch，一对过孔的残端缩短20.6mil对信号就有如此大的提升，如果过孔stub更长的情况呢？如果有多对过孔呢？[/li][li]不背钻时过孔stub=30.6mil，信号在35GHz处就发生谐振，且在50GHz内有两次谐振；而背钻后过孔stub=10mil，信号的谐振频率点由35GHz推迟到了46.9GHz。[/li][li]过孔stub=10mil时的回损比过孔stub=30.6mil时的回损提升了4.57dB。[/li]

到此，相信大家知道不同信号速率有不同的容忍的过孔stub长度，越高速的信号，过孔进行背钻得到的收益越大。

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