112Gb通道过孔设计与建模的挑战

在工厂钻过孔时，钻孔位置可能会产生偏移，与设计师最初的规划不一致，这对通道优化有直接影响，尤其是在实现112Gb通道正常工作的目标时。在大量制造PCB时会出现这种现象。设计师通常没有意识到这些问题会影响112Gb数据速率等高速信号的质量。本文介绍一个更“稳健”的结构几乎可以消除制造偏差的问题。PCB钻孔过程中还存在其他一些问题，例如：我们希望钻孔与PCB表面成90度，但有时钻孔角度会发生变化，这可能是由于玻璃纤维扩散导致的；在厚PCB钻孔时，钻孔越深，钻孔移动的不确定性越大；钻孔偏离焊盘中心，我们可以测量到差分过孔之间的偏移可达4密耳，每个过孔的偏移可达2密耳。

过孔结构：一个简单的传输线由差分走线组成，差分走线从一层通过差分过孔连接到另一层。过孔是该结构的一部分，如下图19所示：

图19：带有差分过孔的简单传输线侧视图，图中包含差分过孔、差分走线、PCB顶层、缝合过孔、PCB底层、用于仿真的波端口

一个简单的差分过孔结构由以下部分组成：

差分传输线——匹配到所需的阻抗，例如90欧姆。
breakout——差分过孔与传输线的连接部分。
反焊盘——这是焊盘的外部部分，或者说是焊盘周围不允许有铜的环形避让区域。
缝合过孔——用于使过孔匹配所需阻抗，同时也作为返回路径。

过孔承担着不同层间垂直方向的互连，信号由布线进入过孔时会有阻抗不连续进而产生反射。我们的设计目标是使这个差分过孔对高速信号“透明”，也就是说信号不会“感知”到过孔的存在。为了实现这个目标，我们需要了解差分过孔的哪些部分是影响112Gb速率下过孔匹配阻抗的最关键部分。以下是实现这一目标的最关键参数列表：

两个差分过孔之间的距离。
差分过孔与其缝合过孔之间的距离。
反焊盘的尺寸——它会影响过孔平行方向的返回路径，换句话说，对焊盘阻抗有直接影响。

图20：过孔和焊盘部分，图中包含孔内接触涂层、焊盘、反焊盘、钻孔

差分过孔有两种类型：紧密耦合和松散耦合。它们的钻孔偏移如下：

紧耦合过孔的不确定性——差分过孔间距为25密耳（中心到中心），焊盘直径为20密耳。
- 检查差分过孔之间高达4密耳的钻孔偏移（每个过孔的钻孔偏移可达2密耳）。
松散耦合过孔的不确定性——差分过孔间距为40密耳（中心到中心），焊盘直径为25密耳。
- 检查差分过孔之间高达4密耳的钻孔偏移（每个过孔的钻孔偏移可达2密耳）。

在两种耦合情况下，我们都对回波损耗和TDR进行分析，从而得出这些因素对设计稳健性的影响结论。在这些情况下，插入损耗的变化不太明显，因此不太受关注。