Der Verlust Ihres Vias steckt nicht im Barrel

Das Kupfer, das kein Signal überträgt

Eine Durchkontaktierung ist ein kurzes Stück plattierter Trommel. Bei 20 GHz kosten 1,6 mm davon fast nichts: Wenn Sie die Zahlen auf einem 0,25-mm-Gehäuse in FR4 ausführen, beträgt der dielektrische Verlust 0,119 dB und der Leiterverlust 0,030 dB. Unter einem Sechstel Dezibel, für den gesamten Übergang.

Schauen Sie sich dann an, was dieselbe Via tatsächlich mit einem Kanal bewirkt: 2,27 dB an der Spitze eines 0,1—20-GHz-Bands.

Die fehlenden zwei Dezibel sind nicht im Fass. Sie befinden sich in dem Teil des Fasses, in dem sich nichts befindet.

Woher der Stummel kommt

Eine Durchgangsbohrung wird durch die gesamte Platine gebohrt. Wenn Ihr Signal von oben eintritt und auf einer inneren Schicht austritt, ist die Beschichtung unter dieser Schicht immer noch da, immer noch verbunden und immer noch elektrisch Teil der Struktur. Es überträgt kein Signal. Es ist ein Stummel.

Der Eingang erfolgt an der Oberseite einer 1,6-mm-Platine und der Ausgang bei 0,4 mm. Das 1,2 mm große Rohr hängt als offene Übertragungsleitung vom Durchgang ab. Ihre Eingangsadmittanz ist JY0*tan (Beta*l), und eine Shunt-Admittanz Y über eine Impedanzlinie Z ergibt

S21 = 2/(2 + Y*Z)

Wenn der Stummel eine Viertelwellenlänge erreicht, geht diese Tangente ins Unendliche und S21 geht auf Null. Eine Kerbe. Im obigen Beispiel landet es bei 30,48 GHz — über dem Band, aber sein Rand ist es nicht, und der Rock ist der Ort, an dem diese beiden Dezibel herkommen.

Der Verlust innerhalb des Stummels sorgt dafür, dass die Kerbe endlich und nicht unendlich ist. Ohne sie divergiert der Ausdruck, was bei keiner Messung der Fall ist.

Nachbohrungen, quantifiziert

Stellen Sie die Austrittstiefe auf die volle Plattendicke ein — eine Durchkontaktierung, die an der Unterseite austritt, oder eine, die hinterbohrt wurde — und der Stummel verschwindet zusammen mit der Resonanz. Die schlechteste In-Band-Einfügedämpfung sinkt von 2,27 dB auf 0,15 dB.

Das ist bei einem Vergleich der Fall von Backdrilling. Sie entfernen den Verlust nicht aus der Durchkontaktierung. Sie entfernen einen Resonator.

Ob es die Kosten wert ist, hängt davon ab, wo sich die Resonanz im Verhältnis zu Ihrer Band befindet. Wenn Sie den Übergang tiefer drücken, wird der Stub kürzer und die Resonanz steigt. Ein 0,4 mm großer Stummel auf derselben Platine schwingt in der Nähe von 91 GHz mit und ist für alles, was Sie wahrscheinlich tun werden, irrelevant. Das Verschieben der Ebenenzuweisung ist kostenlos. Backdrilling ist nicht möglich.

Das Paar besteht nicht aus zwei einzelnen Vias

Zwei unterschiedlich angetriebene Fässer sind ein Problem, und es lohnt sich, es richtig zu zerlegen, anstatt zwei verschiedene Probleme zu lösen und zu hoffen.

Jedes Rohr hat eine koaxiale Kapazität zu seinem eigenen Gegenpad. Die beiden Fässer haben eine gegenseitige Kapazität zueinander. Im geraden Modus haben beide das gleiche Potenzial, sodass die gegenseitige Kapazität keine Ladung trägt und vollständig abfällt — die Impedanz im geraden Modus ist nur der isolierte Koaxialwert. Im ungeraden Modus wird es aufgeladen, sodass die Impedanz im ungeraden Modus immer niedriger ist:

c_self/EPS = 2*pi/ln (d/D) _M/eps = pi/arccosh (p/d) Z_Even = eta0/(sqrt (epsr) * c_self) Z_Odd = eta0/(sqrt (epsr) * (c_self + 2*c_M))

Für ein 0,25-mm-Gehäuse, 0,9 mm Antipad, 0,8 mm Rastermaß in FR4: Z_even = 37,48 Ohm, Z_odd = 22,05 Ohm, also Z_diff = 44,10 Ohm und Z_common = 18,74 Ohm.

Beachten Sie die Reihenfolge. Sogar übertrieben seltsam, immer, weil der gemeinsame Begriff nur einen von ihnen lädt. Das ergibt sich aus der Zerlegung und wird nicht behauptet, und das ist der Sinn der Zerlegung. Ein Modell, das den ungeraden Modus aus einer Zweidrahtformel und den geraden Modus aus einer koaxialen Formel berechnet, löst zwei verschiedene Geometrien und kann die Reihenfolge leicht rückwärts erzeugen.

4 Ohm in einem 100-Ohm-Kanal

Das ist die Zahl, bei der es sich zu sitzen lohnt. Ein sorgfältig kontrollierter 100-Ohm-Differenzkanal, der über seine gesamte Länge auf wenige Prozent gehalten wird, durchläuft eine Diskontinuität von weniger als der Hälfte seiner Impedanz.

Kein noch so großes Trace-Tuning behebt das Problem. Was Sie ändern können, ist das Antipad: Wenn Sie es öffnen, erhöht sich die Impedanz in Richtung des Trace-Werts, und es ist der Knopf, den Hersteller am ehesten bewegen. Der Preis ist Flachkupfer, was an sich schon ein Rückkehrproblem darstellt. Es handelt sich also eher um einen Tausch als um einen freien Gewinn.

Was dieses Modell ist und was nicht

Es handelt sich um ein zusammengefasstes Screening-Modell. Die Impedanzen entsprechen den üblichen Koaxial- und Zweileiterwerten für eine idealisierte Geometrie; die Stichbelastung ergibt sich aus S21 einer Shunt-Admittanz. Was nicht enthalten ist: Kontaktkapazität, Hohlraumresonanz, Startdiskontinuität an der Stelle, an der die Leiterbahn auf Durchgang trifft.

Ein echter Durchgangsübergang ist dreidimensional und keiner davon ist klein. Entscheiden Sie anhand dieser Daten, ob eine Geometrie eine vollständige Wellensimulation verdient, und führen Sie dann eine aus. Das FDTD S-Parameter-Tool auf dieser Seite löst die eigentliche Struktur.

Eine Grenze ist es wert, explizit benannt zu werden. Der Begriff der gegenseitigen Kapazität geht davon aus, dass sich die beiden Zylinder eine einzige Durchgangsöffnung teilen, was ein Differential-Paar ist. Platzieren Sie sie weiter voneinander entfernt als der Durchmesser des Antipads, und zwischen ihnen befindet sich ebenes Kupfer, das sie voneinander abschirmt. Das Modell berücksichtigt diese Abschirmung nicht, also überbewertet es die Kopplung und unterschätzt die differentielle Impedanz — und der Rechner gibt das an, anstatt etwas anderes vorzugeben.

Was muss der Reihe nach überprüft werden

Schau dir zuerst die Stub-Resonanz deiner Band an. Liegt der Wert weit darüber, kann der Übergang in Ordnung sein, da er gezeichnet ist, und ein Rückbohren ist Geld, das Sie nicht ausgeben müssen.

Befindet sich der Übergang im Inneren oder in der Nähe, versuchen Sie, den Übergang in eine tiefere Schicht zu verschieben, bevor Sie nach einem Backdrill greifen. Kürzerer Stummel, höhere Resonanz, kein zusätzlicher Prozessschritt.

Schauen Sie sich dann die Differenzimpedanz im Vergleich zu Ihrer Leiterbahnimpedanz an. Die Diskrepanz ist das, was der Kanal sieht, nicht der absolute Wert.

Und wenn die Antwort in der Nähe eines Grenzwerts liegt, simulieren Sie sie. Ein Screening-Modell, das Ihnen sagt, dass etwas marginal ist, hat seinen Zweck erfüllt, indem es Ihnen sagt, dass Sie aufhören sollen, ihm zu vertrauen.