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原创 连接器过孔之性能提升终极篇

2017-8-10 15:28 592 0 分类: PCB

对于连接器pin stub的影响,通过上一篇的连接器过孔系列之pin stub篇,我们已经知道连接器pin stub过长对信号有恶化效应。但是当没有其他的连接器可选、可替代,将过孔反焊盘扩大、非功能焊盘去掉、换成low Dk/low Df的板材等优化措施均已用上,而我们的系统裕量依然不够,仍需处处抠裕量,任何地方的提升都对系统性能有着不可忽视的作用时,是否有方法进一步提升连接器过孔处的性能?

高速信号的连接器pin的样子都是下图1所示,pin可以分解成3个部分,其中只有pin_2这部分是与过孔孔壁接触的,也就是我们常说的鱼眼。Pin_1负责将信号从连接器引入过孔中;Pin_2负责将信号传递给过孔;pin_3对于信号来说就没有正面的作用了,就是一段stub,为了跟过孔stub相区别,我们在这称之为pin stub。上一篇文章讲了这个pin stub对于信号的影响有多大。今天我们要进一步分析把图1所示的连接器插入过孔后,连接器pin与过孔相结合后的效应


图1高速信号连接器pin示意图

假设PCB厚度=2.2mm,连接器信号pin长2.2mm,连接器从top层往下压。

当过孔不做背钻时,将连接器压进过孔,连接器的pin+过孔的示意图如下所示:

 

图2  过孔不背钻,高速信号连接器pin插入过孔后的示意图

当过孔底部做背钻后,再将连接器压进过孔,连接器的pin+过孔的示意图如下所示:

 

图3   过孔底部背钻后,高速信号连接器pin插入过孔后的示意图

当过孔顶部做背钻后,再将连接器压进过孔,连接器的pin+过孔的示意图如下所示:

 

图4  过孔顶部背钻后,高速信号连接器pin插入过孔后的示意图

当过孔双面做背钻后,再将连接器压进过孔,连接器的pin+过孔的示意图如下所示:

 

图5   过孔双面背钻后,高速信号连接器pin插入过孔后的示意图

针对图3~图5的三种背钻方式进行建模仿真,看看有多大差异。


1.过孔从底部背钻,压上连接器后,pin stub=30.6mil,从top到鱼眼的过孔stub(上stub)为24.4mil,从bottom到布线层的过孔stub(下stub)为10mil。

 

图6  过孔底部背钻,pin stub、过孔stub

2.过孔从顶部背钻(离鱼眼位置留有10mil的安全距离),压上连接器后,pin stub=30.6mil,从top到鱼眼的过孔stub(上stub)为10mil,从bottom到布线层的过孔stub(下stub)为30.6mil。

 

图7   过孔顶部背钻,pin stub、过孔stub

3.过孔双面过孔背钻后,压上连接器后,pin stub=30.6mil,从top到鱼眼的过孔stub(上stub)为10mil,从bottom到布线层的过孔stub(下stub)为10mil。

 

图8   过孔双面背钻,pin stub、过孔stub

以上3种情况下的插损如下图所示:

 

图9   各种情况插损对比图

说明:

SDD21_1:Case1过孔插上连接器的pin后,pin stub=30.6mil;过孔底层背钻,从bottom到布线层的过孔stub(下stub)为10mil,从top到鱼眼的过孔stub(上stub)为24.4mil 。


SDD21_2:Case2过孔插上连接器的pin后,pin stub=30.6mil;过孔顶层背钻,从bottom到布线层的过孔stub(下stub)为30.6mil,从top到鱼眼的过孔stub(上stub)为10mil。


SDD21_3:Case3过孔插上连接器的pin后,pin stub=30.6mil;过孔双面背钻,从bottom到布线层的过孔stub(下stub)为10mil,从top到鱼眼的过孔stub(上stub)为10mil。

Table1. 连接器过孔不同处理方式对比

  • 双面背钻比仅底部背钻,插损提升了0.182dB(Case3-Case1),像背板系统,正常情况下系统链路上会有两个连接器,这两个连接器会引入4对过孔,如果采用双面背钻,这条链路可以提升0.728dB!惊不惊喜?开不开心?
  • 由于连接器pin_1(见图1所示)的长度不长,造成与之对应的过孔上部stub一般也就二十几mil,比起过孔下部stub动辄四五十mil的长度,短了一大截,所以很少有人会去关注过孔上部stub。但是如果连接器pin stub过长,没有更好的连接器可选、可替代,而我们的系统裕量又不够,需要处处抠裕量时,过孔双面背钻不失为一种选择 
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