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连接器过孔之性能提升终极篇

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发表于 2017-12-15 17:52:27 | 显示全部楼层 |阅读模式
作者:一博科技4 N8 _6 [  i* B

  F3 \* N, n. r3 d$ q
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?  F! w: X: D+ B# Q9 o7 u7 O

/ A) ~9 `3 V: f' H4 R. R* N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
6 D( w+ o' v+ r  f1 `2 g( d

; L, d) |8 {7 c! D
- x2 p" B* y1 D0 c% c. f8 N
图1高速信号连接器pin示意图& u+ f1 I, @, d& j3 f; m

4 r2 G5 t( t( p' R' B; Q# L

/ d6 }7 v4 ~- h' ]/ W9 {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。
* C- X4 b8 E9 b; B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:8 B: Z! m) M, I' x* f
$ P* F7 R' ]9 B
图2  过孔不背钻,高速信号连接器pin插入过孔后的示意图
  m: R. x. O! v! P- o) \
# ^( F  \) \- Z  l' h9 Y% w( y
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:
) Y3 O# s* l, t5 d3 k" Y3 P4 \

1 u5 u" q2 @" l8 p
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
% r' {' c4 g- X9 Q! b. K& B

. F- Y6 N9 E# J6 P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:
7 S+ G. J& E* M  P) f! b1 O' G9 q
+ e! ]5 Y0 W+ B; D3 C
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1 C, T+ H% \  {3 {4 z! [8 G! a5 J

5 V7 ~, \0 D! ]5 D- x, F! i
- ?* \  \4 n6 O1 [1 s
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:! @6 F, p4 I/ o; F

2 i) f1 N) j7 c  T) t
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
5 D2 R. a, Z: B( |! a: ~

+ g) K0 f- F6 J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 s, m3 ?& K2 J* y. `; b. |

, o& j3 z: j9 u1.        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。3 o# {' o, C( u& N% a3 l
- ^7 P9 f, t$ F0 d; P/ P
图6  过孔底部背钻,pin stub、过孔stub
6 k# y6 R/ t. Z- d' G; W7 R" E' E0 n, `. F

. h4 @& W9 i% ~. V2 O* Y! _% P- p! L2.        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。
$ `- M% K6 B7 f( @

3 S; E2 S: W" T- V! D  w: u- f( j+ M
图7   过孔顶部背钻,pin stub、过孔stub
7 _7 {7 i+ I1 n* L1 D  _2 g
  S+ O  x( I0 q5 ]: R9 N
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。1 F$ s- X. q7 p  P+ N- {4 v7 J

1 S! k0 x) e2 b& P% Y/ j
图8   过孔双面背钻,pin stub、过孔stub
. B$ q! Z. ^, {6 D( ^: G* F! ]9 l4 m2 _! x( j
$ X$ K+ }4 d6 Y; c" Y' R( t
以上3种情况下的插损如下图所示:9 j! w$ K1 S$ U: Q6 s  H
/ t4 v+ N% v% D
图9   各种情况插损对比图/ W! t( O/ e. Y0 [0 l* c0 V

  S1 m5 v2 S; `6 t
9 c3 ^' P3 ?" ~8 O0 U  J
说明:
6 Z" D/ K7 e# K/ x0 @# aSDD21_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 。4 y5 f( D( Y2 N) Y

0 I9 _! I3 }2 WSDD21_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。
" c  R) [  W; v6 d7 E, I( |$ _$ F4 v: l$ j" v2 h
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。
$ g2 N! A, U3 |' D9 e8 ^7 p8 [% wTable1. 连接器过孔不同处理方式对比4 C) y  E; y* V: V5 @6 O2 S- A
1 ]; A- l& r9 P9 M9 d

# p" p6 h. _& Q
  • 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。- S& T( u( O  }: Q- I( }6 y
- a- r- D- j( v
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发表于 2017-12-15 23:31:40 | 显示全部楼层
感谢分享,谢谢
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发表于 2017-12-16 21:29:41 | 显示全部楼层
谢谢分享连接器过孔之性能提升终极篇
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发表于 2018-12-9 12:57:31 | 显示全部楼层
支持~~很不错的资料,回复一个获取下载币
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发表于 2018-12-10 12:07:52 | 显示全部楼层
很不错,干货
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发表于 2018-12-14 10:54:50 | 显示全部楼层
新手,下载学习下!!
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发表于 2018-12-14 11:41:41 | 显示全部楼层
干货资料,值得一看,感谢楼主分享!
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发表于 2018-12-15 12:34:56 | 显示全部楼层
{author},默默的我下载了 感谢  
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发表于 2018-12-16 01:14:21 | 显示全部楼层
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