1.1 Formazione degli Stub
I fori passanti sono la struttura di base per ottenere l'interconnessione interstrato nei PCB multistrato e i fori passanti placcati convenzionali (PTH) penetrano nell'intero spessore della scheda. Se i segnali ad alta velocità vengono trasmessi solo tra determinati strati, i segmenti di parete di rame sospesi nel canale che non partecipano alla trasmissione del segnale formano uno stub, equivalente ad una breve linea parallela con un terminale aperto.
Prendendo come esempio la scheda a 12 strati: quando il segnale cambia da L1 a L6, le pareti di rame dei fori di via in L7~L12 sono pile residue con una lunghezza di circa 0,8 mm.
1.2 Legge quantitativa dell'effetto di risonanza
Il rischio principale dei pali residui è la generazione di risonanze in serie λ/4 a una frequenza specifica, che riflette tutta l’energia del segnale in quella banda di frequenza
La formula della frequenza di risonanza è f=c/(4 × L × √ ε r), dove c è la velocità della luce, L è la lunghezza della pila residua e ε r è la costante dielettrica della piastra
FR-4 scheda (ε r ≈ 3,8~4,2) calcolo empirico: f (GHz) ≈ 80/L (mm)
I tipici punti di risonanza corrispondono a:
Pila residua 100mil (2,54 mm) → risonanza a circa 3,5 GHz
Pila residua 50mil (1,27 mm) → risonanza a circa 7 GHz
Pila residua 20mil (0,5 mm) → risonanza a circa 17,5 GHz
Pila residua 10 mm (0,25 mm) → risonanza a circa 35 GHz
1.3 Impatto specifico sull'integrità del segnale
Mutazione dell'impedenza: la pila residua introduce una capacità parassita aggiuntiva di 0,3~0,8pF, causando una caduta dell'impedenza via dal target 50 Ω a 35~45 Ω, con fluttuazioni fino a ± 15%
Deterioramento della riflessione e della perdita di ritorno: S11 nel punto di risonanza può deteriorarsi fino a -8~-10 dB e la riflessione del segnale supera il 30%
Aumento significativo della perdita di inserzione: la perdita di inserzione nella banda di frequenza da 10 GHz può aumentare di 3-5 dB, con un'ulteriore perdita di segnale del 25% con una pila residua di 100 mil e fino al 50% con 200 mil
Chiusura e jitter del diagramma ad occhio: l'altezza dell'occhio del segnale a 25 Gbps può essere ridotta del 40% e il jitter deterministico può essere aumentato di 20-30 ps
Conversione della modalità e diafonia: la discontinuità dell'impedenza residua della pila attiva la conversione dalla modalità TE11 alla modalità TM01, aumentando la diafonia del canale adiacente di oltre il 12%
Effetto cumulativo di più mucchi residui: l'impatto di quattro mucchi residui corti da 20 milioni è molto maggiore di quello di un mucchio residuo lungo 60 milioni. Quanti più fori sono passanti nel collegamento, tanto più esponenziale aumenta il degrado cumulativo dei pali residui
Requisiti speciali per diversi scenari applicativi
Connettore a crimpare tramite: è necessario mantenere una lunghezza della parete del foro di crimpatura sufficiente (solitamente maggiore o uguale alla profondità di inserimento del pin di crimpatura+12mil margine di sicurezza) e il trapano posteriore non deve danneggiare la struttura di fissaggio meccanico dell'area di crimpatura
Interfacce di memoria DDR5/DDR6: i residui della linea di indirizzo/comando/clock devono essere controllati entro 8mil e i residui della linea dati devono essere controllati entro 10mil
Circuito RF/onde millimetriche: pila residua per segnali RF superiori a 10 GHz Inferiore o uguale a 5 mil, pila residua per applicazioni a onde millimetriche superiori a 30 GHz Inferiore o uguale a 2 mil e deve essere coordinata con la messa a terra tramite schermatura
Area fanout BGA: la coppia differenziale di due via deve essere rigorosamente simmetrica, con lo stesso strato in entrata e in uscita, la stessa apertura, lo stesso pad di saldatura, lo stesso pad di saldatura inversa e la stessa profondità di foratura posteriore, per evitare la conversione in modalità comune