Backdrill it Baby - Come Ridurre le Distorsioni del Segnale sulla Tua PCB

Nel corso degli anni, gli ingegneri hanno sviluppato diversi approcci per affrontare i rumori che possono distorcere l'integrità del segnale digitale ad alta velocità nei progetti di backdrill delle schede a circuito stampato. E mentre i nostri progetti spingono verso nuovi confini, così aumenta la complessità delle nostre tecniche per far fronte a nuove sfide. Oggi, la velocità dei sistemi di progettazione digitale è nell'ordine dei GHz, una velocità che crea sfide più prominenti rispetto al passato. E con tassi di transizione ai picosecondi, qualsiasi discontinuità di impedenza, disturbo nell'induttanza o capacità parassita può influenzare negativamente l'integrità e la qualità del segnale. Sebbene ci siano varie fonti che possono causare disturbi del segnale, una fonte in particolare, a volte trascurata, è il via. Continua a leggere per maggiori informazioni su come ridurre le distorsioni del segnale PCB. 

Pericoli Nascosti nel Semplice Via

I segnali via, in High Density Interconnect (HDI), schede a più strati e backplanes/midplanes spessi, possono soffrire di jitter aggiunto, attenuazione e tassi di errore sui bit (BER) più elevati che portano a dati interpretati erroneamente all'estremità del ricevitore.

Prendiamo ad esempio i backplane e le schede figlie. Quando si parla di discontinuità di impedenza, l'attenzione con una scheda circuitale è spesso rivolta ai connettori tra queste e la scheda madre. Di solito, questi connettori sono molto ben abbinati in termini di impedenza, e la vera fonte di discontinuità sono le vie di design del PCB.

Man mano che le velocità dei dati aumentano, anche la quantità di distorsione introdotta dalle strutture via Plated-through holes (PTH) aumenta – solitamente a un tasso esponenziale considerevolmente superiore rispetto all'aumento associato della velocità dei dati. Ad esempio, gli effetti distorsivi di una via PTH a una velocità di dati di 6,25 Gb/s sono spesso più che doppi rispetto a quelli a 3,125 Gb/s.

La presenza degli stub non necessari in basso e in alto che si estendono oltre il loro ultimo strato connesso fa apparire le vie come discontinuità di impedenza bassa. Un modo in cui gli ingegneri superano la capacità extra di queste vie è minimizzare le loro lunghezze e quindi ridurre la loro impedenza. Qui entra in gioco il backdrilling.

Rinforzare con il Backdrilling

Il backdrilling è stato utilizzato come metodo ampiamente accettato, semplice ed efficace per minimizzare l'integrità del segnale del canale rimuovendo gli stub delle vie. Questa tecnica è nota come Foratura a Profondità Controllata che utilizza attrezzature convenzionali di foratura numerica controllata (NC). E questa tecnica può essere applicata a qualsiasi tipo di scheda circuitale, non solo a quelle spesse come i backplane.

Il processo di backdrilling coinvolge l'uso di una punta di trapano leggermente più grande in diametro rispetto a quella utilizzata per creare il foro della via originale per rimuovere gli stub conduttivi non necessari. Questa punta è solitamente di 8 mils oltre la dimensione primaria della punta, ma molti produttori possono soddisfare specifiche più strette.  

Bisogna ricordare che le distanze di sicurezza delle tracce e dei piani devono essere abbastanza ampie, così che la procedura di backdrilling non fori attraverso tracce e piani vicini alla via che viene sottoposta a backdrilling. Per evitare di forare attraverso tracce e piani si raccomanda di avere una distanza di sicurezza di 10 mils.

In generale, la riduzione delle lunghezze degli stub delle vie tramite il backdrilling ha molti vantaggi, inclusi:

• Riduzione del jitter deterministico di ordini di grandezza, risultando in un BER inferiore.

• Riduzione dell'attenuazione del segnale grazie al miglioramento dell'adattamento dell'impedenza.

• Riduzione della radiazione EMI/EMC dall'estremità dello stub e un amplificatore di larghezza di banda del canale.

• Riduzione dell'eccitazione delle modalità di risonanza e del crosstalk da via a via.

• Minimizzando l'impatto di progettazione e layout con costi di fabbricazione inferiori rispetto alla laminazione sequenziale.

Comunicare l'Intento del Backdrilling

Con l'uso sempre più frequente della tecnica del backdrilling nelle applicazioni di Interconnessione ad Alta Densità e di Progettazione ad Alta Velocità, aumentano anche i problemi di affidabilità attribuiti a questa pratica. Alcuni dei problemi che spingono in questa direzione includono la mancanza di linee guida di progettazione, le tolleranze di fabbricazione e l'assicurazione che l'intento di progettazione sia ben comunicato al produttore all'interno del pacchetto di fabbricazione.

Come puoi quindi assicurarti che il tuo produttore abbia tutte le informazioni necessarie per eseguire con successo il back drilling di tutti i via e componenti PTH target sulla tua scheda di circuito? E come fai a tenere traccia dei molteplici livelli di specifiche di back drilling durante la tua progettazione?

Quello che serve è uno strumento di configurazione visuale semplice, integrato nelle tue regole di progettazione, che ti permetta di specificare diverse configurazioni di back drilling per oggetti selezionati. E dopo ciò, puoi semplicemente lasciare che il software faccia il lavoro per te sapendo quali via devono essere sottoposti a backdrilling.Vedi quanto può essere facile il backdrilling in Altium Designer^®.

Riferimenti: