于高速印制电路板设计当中，差分对信号凭借其卓越的抗干扰能力而被广泛加以运用。然而，存在着一个通常会出现却极易被人所忽视掉的问题，那便是过孔对差分对造成的“打断”……
于高速印制电路板设计当中，差分对信号凭借其卓越的抗干扰能力而被广泛加以运用。然而，存在着一个通常会出现却极易被人所忽视掉的问题，那便是过孔对差分对造成的“打断”情况。此处所讲的“打断”并非是发生物理层面的断裂现象，而是意味着过孔所引入的阻抗并不连续、回流路径出现突变等一系列问题，这种情况会极为严重地使信号质量出现劣化，进而致使眼图闭合以及误码率有所上升。能够理解其基本原理并且掌握相应的应对办法，这是确保高速电路具备可靠性的关键所在。
差分对过孔打断为什么会严重影响信号完整性
过孔从根本上来说，是一条呈现垂直状态的短传输线，它的结构跟表层微带线或者内层带状线完全不一样。当差分对的走线因进行换层操作而打过孔的时候，信号路径会从水平方向转变为垂直方向。这个出现转折的点会产生寄生电容以及电感，进而引起局部阻抗出现下降的情况，形成阻抗不连续的点。差分信号在经过这个点的时候，有一部分能量会被反射回到源端。
更严重的问题在于，回流路径遭到破坏，差分对的回流电流，原本紧密耦合在两条走线之间，或者是参考平面内，一旦打了过孔，尤其是穿过不同参考层的那种，比方说从GND层换到POWER层，回流电流就被迫去寻找远端的过孔当作通路，进而形成巨大环路，这个环路会产生额外的寄生电感以及电磁辐射，极大地增加信号抖动同时还有共模噪声。
如何在PCB布局中避免差分对过孔打断
于布局规划阶段便尽可能规避差分对换层，此乃最为根本的策略。于器件摆放以及关键网络（像SerDes、DDR 时钟）扇出之际，优先考量使差分对在同一层全程布线，那最为关键的便是阻抗控制极为严格的表层。而为达成此点，就得与这结构工程师以及器件布局工程师展开充分沟通，从而争取到充足的布线通道。
要是非得进行换层，那应当优先去运用盲孔或者埋孔技术，盲孔是用来连接表层跟内层的，埋孔则是连接两个内层的，它们都不会穿透所有的层，以此最大限度减少过孔柱的长度以及残桩效应。虽说这会让板厂工艺成本增多还有制板周期变长，可对于10Gbps以上的高速信号来说通常是值得投入的。与此同时，要保证换层处使得两个过孔紧紧挨着摆放，以便维持回流路径对称。
差分对必须打过孔时应该如何处理
当通孔使用无法避免之际，补偿措施务必予以采取。首先，需跟板厂展开沟通，去获取精准的通孔模型，像是HFSS或者CST仿真模型这样的，以此在仿真软件当中进行建模分析。于过孔附近，能够借助适当减小差分对间距或者微调线宽的方式，来对过孔所带来的容性负载予以补偿，不过这是需要精细进行仿真校准的。
信号过孔边，需紧邻放置足量接地过孔，以给返回电流造出最短且最顺畅的低阻抗路径，回流地孔必须妥善处理。一般而言，每个差分对过孔通常建议搭配起码两个地孔，且在双边均匀分布。另外，于电源/地平面靠近过孔之处做反焊盘加大处理，可削减寄生电容，不过这得在Gerber文件里专门标明。
在您进行高速设计项目期间，当遭遇差分对换层难题之际，您是更加倾向于舍弃布局自由度来确保信号完整性呢，还是借助复杂的仿真以及补偿来把问题解决呢，在评论区分享您的经验与选择，要是本文对您有帮助，也请点赞给予支持。
微信扫一扫 
