加泪滴对DDRX等信号S参数有什么影响

shuszhao · 发表于 2024-5-22 09:27:22

受到了越来越多的关注后，我们也会经常被粉丝以及客户问各种关于高速设计的一些问题，还有些通过我们的市场经理们来问，这不下面就是我们的一个客户通过我们的市场经理问的一个问题：

这个问题其实经常被问到，既然这么多朋友关心这个问题，本期文章我们就专门来讨论一下这个泪滴到底有没有影响。
今天我们说的泪滴，顾名思义就是PCB上为了增强过孔或者元件与走线之间的连接强度，人为的在这个连接之间把线路走粗，就好像眼泪一样，有时也叫渐变线，如下图所示。

泪滴的作用主要有如下几点：
1、增大焊盘机械强度，避免电路板受到巨大外力的冲撞时，导线与焊盘或者导线与导孔的接触点断开，也可使PCB电路板显得更加美观；
2、焊接上，可以保护焊盘，避免多次焊接时焊盘的脱落，生产时可以避免蚀刻不均，或者钻孔偏向导线时，避免出现连接处的裂缝而开路，且易于清洗蚀刻药水，不留清洗死角；
3、信号传输时平滑阻抗，减少阻抗的急剧跳变，避免高频信号传输时由于线宽突然变小而造成反射，可使走线与元件焊盘之间的连接趋于平稳过渡化；
简而言之，泪滴从生产加工的角度好处如下：添加泪滴可以让电路在PCB板上的连接更加稳固，可靠性高，这样做出来的系统可能会更稳定。
以上都是从生产加工的角度对泪滴作用的传统认识，在早期信号速率普遍不高的产品中，确实会看到很多产品（尤其是军工）会默认添加泪滴的做法，但是为什么现在的消费性产品却越来越少这样去做了呢？难道是因为信号速率变高之后泪滴会对高速信号有较大的负面影响？
带着这个疑问，我们可以从仿真的角度来具体分析一下。
先来看一下单线过孔换层的情况，下面是一个射频信号的换层孔，信号线比较宽参考第三层，过孔从表层换到底层，板厚1.6mm，如下是有无泪滴的过孔示意图。

插损结果对比（红色无泪滴，绿色有泪滴）

此时的渐变泪滴其实从形状来看相对于没有泪滴改变的不多，所以按照理论来说影响可能会很小，下面的仿真数据也证明了我们的理论猜测没有错。

回损结果对比（红色无泪滴，绿色有泪滴）

阻抗对比结果（红色无泪滴，绿色有泪滴）

可以看到由于这个过孔本身已经是优化好的，过孔和线路阻抗比较匹配，加了泪滴后，插损基本上没有太大影响，主要的影响在回损和阻抗上，回损差了-2dB左右，阻抗低了0.35ohm左右。
再来看看差分过孔的情况，我们在如下的过孔上进行有无泪滴的仿真对比，为了明确问题，我们固定其它所有的参数都是一样，唯一的区别就是增加泪滴，当然也考虑到不同软件自动添加泪滴的形状可能不一样，我们也增加了几种不同的泪滴形式，如大泪滴，渐近泪滴等，从而综合得出不同泪滴的影响情况。

仿真结果分别如下：

插损结果对比（红色无泪滴，蓝色为大泪滴，绿色为渐变线）

回损结果对比（红色无泪滴，蓝色为大泪滴，绿色为渐变线）

阻抗结果对比（红色无泪滴，蓝色为大泪滴，绿色为渐变线）

可以看到由于这个差分过孔本身也是已经优化好的，过孔和线路阻抗比较匹配，加了泪滴后，插损基本上没有太大影响，主要的影响在回损和阻抗上，回损在低频（8GHz以下）差得比较多，在高频（8GHz以上）差了-2dB左右，高点和低点处阻抗低了1.5~2ohm左右，泪滴越宽影响就越大。
从上面两种单端和差分过孔的仿真上可以看出，在过孔本身优化好的情况下，增加泪滴对无源S参数的影响，从插损上来看影响比较小，主要的影响在回损和阻抗，频率越高，泪滴越大，对回损和阻抗的影响也越大。再深入一点，如果过孔本身没有优化的话，阻抗一般是比较低的，这个时候如果再增加泪滴，由于容性的影响会让过孔阻抗变得更低，如果信号本身处于裕量的边沿，那么增加的泪滴就是压死骆驼的最后一根稻草，当然大部分信号其实还是有一定的裕量，尤其是速率不超过1Gbps的信号，此时增加的泪滴就影响有限。