偶尔失控,常常偏低,总是飘忽

来源:一博自媒体 时间:2020-5-11 类别:微信自媒体

公众号 | 高速先生
作者 | 黄刚(一博科技高速先生团队队员)

没听明白?自从高速先生投身于研究过孔的特性之后,感觉我们说话都变得神神秘秘了哈。
 
好,回到正题哈,前几天我们队长bruce发布了那个HDMI的视频案例之后,除了领略到我们队长的风采之外,你们是否也产生了很多的疑问,3个以下的过孔是有明确规定的,我们居然敢多打一个孔,难道我们是有超越芯片文档明文规定的勇气吗?当然作为我司的PCB工程师,大多数情况都是很“守法的”,但是大家知道,现在PCB设计的难度越来越大,密度大,层数又约束得严格,10G,25G这些超高速的信号又特别多,在优先考虑以上超高速走线之后,留给HDMI信号的走线绿色通道应该就没有了。所以就像视频里的小姐姐说的,需要通过不断的换层来达到连接的目标啦。
 
但是从视频中也可以看到,一个优化好的过孔其实是对HDMI这一类速率还不算太高的信号影响不会很大的。

好,我们趁热打铁,引出本期文章的主题。说到一个优化的过孔,到底怎么才算是一个优化的过孔呢?我们上期的过孔文章的答题中,高速先生给出了一些影响过孔阻抗的参数,例如过孔孔径、反焊盘的大小,stub的长短,那么不知道大家有没有注意到过孔的长度呢?也就是出线层的位置。
 
其实这个是每块PCB上面都必须面对的问题,尤其是有BGA的PCB板,我们总会通过BGA扇出换层走出来,例如下图这样。当然,如果BGA圈数很多,那我们就需要从表层的pad换到不同的内层去扇出,例如TOP换到L3,换到L5,L7等等的层。
那大家有没有想过,我过孔孔径定了,反焊盘也处理好了,只是换的层不一样的时候(假设都做背钻,留下的stub都是一样的),大家觉得短孔和长孔的阻抗是怎么样的呢?是一样的吗?
这个问题其实我不能回答你们,但是仿真软件可以!我们可以扫描不同过孔长度(也就是不同出线层)的情况下,看看他们的阻抗大小,如下所示:
 
从仿真结果你们是不是会很惊讶,过孔的长度实际上会对阻抗产生不小的影响,从这个BGA的扇出过孔来看,过孔越长,也就是扇出层越靠近底层,过孔的阻抗是越高的,这个2mm的板子,从靠近底层到靠近上层扇出的变化中,阻抗大概会有5欧姆左右的差别,算是一个比较大的影响了。

其实这一点基本上会被大多数同行所忽略,可能大家只会觉得BGA扇出方式,包括反焊盘的做法都是一样的,而且对于高速信号,无论是哪一层出线都做了背钻,过孔的阻抗就应该是一样是吧。这一点相信会对大家出线层的选择能提供一些有意义的选择方向了吧。
 
一般到这个时候,其实已经完成了一篇文章应该有的全部内容了哈。但是我们的摘要里说了,我们这次除了要探索它之外,还要给它再披上一层神秘的面纱。所以,大家还是继续看下去哈。
 
当我们觉得把BGA扇出的过孔长度与阻抗的关系搞清楚的时候,然后肯定就会很自然的以为同样在同一块板上面的其他过孔也是一样的关系是吧?

高速先生也不磨蹭了,直接打击你们吧!

这次换成了同一板上的一个高速连接器的过孔,高速先生曾经也是认为还是过孔越长阻抗越高,但是很遗憾,结果是这样的。
 
首先大家能看到,不同过孔长度(出线层不同)时过孔的阻抗差别还是非常大的,感觉眼神不好或者在定势思维都会觉得和上面BGA的过孔是一样的趋势。但是,定睛一看才发现,这个连接器的过孔是出线层越靠上阻抗越高,也就是……和上面的BGA过孔的趋势是反的!!!
有时候会发现不仅人与人之间的差别很大,过孔与过孔的差别也是不小的。高速先生其实也是一度表示是不是仿真结果出了某些问题,后面也陷入到了深深的沉思之中,刚刚通过BGA的过孔仿真结果告诉PCB工程师要尽量靠下层走线,可能PCB工程师线都还没走到高速连接器,我们连接器过孔的仿真结果却要告诉他们往下走的阻抗是低的。这真的是对大家都是很无语的时刻。
 
当然对于任何的疑虑,高速先生都尽量去找到答案,也包括这个过孔阻抗忽高忽低的问题。要不就作为本期的问题好了,看看大家有什么想法哈。


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