Backdrill it Baby - Jak zmniejszyć zniekształcenia sygnału na Twojej płytce PCB

Przez lata inżynierowie opracowali kilka podejść do radzenia sobie z zakłóceniami, które mogą zniekształcać integralność sygnałów cyfrowych wysokiej prędkości w projektach wiercenia zwrotnego płytek drukowanych. W miarę jak nasze projekty przekraczają nowe granice, tak samo rośnie złożoność naszych technik radzenia sobie z nowymi wyzwaniami. Dzisiaj prędkość systemów projektowania cyfrowego osiąga GHz, prędkość, która stwarza większe wyzwania niż w przeszłości. A przy szybkościach narastania na poziomie pikosekund, jakakolwiek nieciągłość impedancji, zakłócenie w indukcyjności czy pojemności pasożytniczej może negatywnie wpływać na integralność i jakość sygnału. Chociaż istnieje wiele źródeł, które mogą powodować zakłócenia sygnału, jednym szczególnym źródłem, czasami pomijanym, jest via. Czytaj dalej, aby dowiedzieć się więcej o tym, jak zmniejszyć zniekształcenia sygnału PCB. 

Ukryte zagrożenia w prostym via

Vias sygnały, w High Density Interconnect (HDI), płytkach o wysokiej liczbie warstw i grubych płytach tylnych/środkowych, mogą cierpieć na dodatkowy jitter, tłumienie i wyższe wskaźniki błędów bitowych (BER), prowadząc do błędnej interpretacji danych na końcu odbiornika.

Weźmy na przykład płytę główną i karty córki. Jeśli chodzi o nieciągłości impedancji, to przy płytce obwodu często skupiamy się na złączach między nimi a płytą główną. Zazwyczaj złącza te są bardzo dobrze dopasowane pod względem impedancji, a rzeczywistym źródłem nieciągłości są przelotki projektu PCB.

Wraz ze wzrostem prędkości transmisji danych, ilość zniekształceń wprowadzanych przez struktury przelotek metalizowanych (PTH) również rośnie – zazwyczaj w tempie wykładniczym znacznie wyższym niż związany z tym wzrost prędkości transmisji danych. Na przykład, efekty produkujące zniekształcenia przelotki PTH przy prędkości transmisji danych 6,25 Gb/s są często ponad dwukrotnie większe niż przy 3,125 Gb/s.

Obecność niepotrzebnych wypustek na dole i na górze, które wystają poza ich ostatnią połączoną warstwę, sprawia, że przelotki wydają się być nieciągłościami o niskiej impedancji. Jednym ze sposobów, w jaki inżynierowie radzą sobie z dodatkową pojemnością tych przelotek, jest minimalizacja ich długości, a tym samym redukcja ich impedancji. Tutaj z pomocą przychodzi wiercenie zwrotne.

Wspieranie się wierceniem zwrotnym

Backdrilling jest szeroko akceptowaną, prostą i skuteczną metodą minimalizowania integralności sygnału kanału poprzez usuwanie zbędnych części przelotek. Ta technika jest znana jako kontrolowane wiercenie na określoną głębokość, które wykorzystuje konwencjonalne urządzenia wiertnicze sterowane numerycznie (NC). Technika ta może być stosowana do każdego typu płyty obwodu drukowanego, nie tylko do grubych, takich jak backplane.

Proces backdrillingu polega na użyciu wiertła o nieco większej średnicy niż to, które zostało użyte do stworzenia oryginalnego otworu przelotowego, aby usunąć niepotrzebne przewodzące części. Wiertło to zazwyczaj jest o 8 mil większe niż pierwotny rozmiar wiertła, ale wielu producentów może spełnić bardziej rygorystyczne specyfikacje.  

Trzeba pamiętać, że odstępy między ścieżkami a płaszczyznami muszą być wystarczająco duże, aby procedura backdrillingu nie przewierciła ścieżek i płaszczyzn znajdujących się w pobliżu przelotki poddawanej obróbce. Aby uniknąć przewiercenia ścieżek i płaszczyzn, zaleca się zachowanie odstępu 10 mil.

Ogólnie rzecz biorąc, zmniejszenie długości części przelotek poprzez backdrilling ma wiele zalet, w tym:

• Zmniejszenie deterministycznego jittera o rzędy wielkości, co skutkuje niższym BER.

• Zmniejszenie tłumienia sygnału dzięki poprawie dopasowania impedancji.

• Zmniejszenie promieniowania EMI/EMC z końca części przelotki i wzmacniacza pasma kanału.

• Zmniejszenie wzbudzania trybów rezonansowych i przeplotu między przelotkami.

• Minimalizacja wpływu projektowania i układu przy niższych kosztach produkcji niż laminacja sekwencyjna.

Komunikowanie Zamiaru Wiercenia Wstecznego

W miarę jak technika wiercenia wstecznego jest coraz częściej stosowana w aplikacjach High Density Interconnect i High Speed Design, tak samo pojawiają się problemy związane z niezawodnością przypisywane tej praktyce. Niektóre z problemów napędzających to zjawisko to brak wytycznych projektowych, tolerancje produkcyjne oraz zapewnienie, że zamiar projektowy jest dobrze przekazany producentowi w pakiecie produkcyjnym.

Więc jak możesz upewnić się, że twój producent posiada wszystkie informacje potrzebne do skutecznego wiercenia wstecznego wszystkich docelowych przelotek i komponentów PTH na twojej płytce obwodu drukowanego? I jak śledzić wielopoziomowe specyfikacje wiercenia wstecznego w trakcie twojego projektu?

Potrzebne jest proste, wizualne narzędzie konfiguracyjne, zintegrowane z twoimi zasadami projektowania, które umożliwia określenie różnych konfiguracji wiercenia wstecznego dla wybranych obiektów. A po tym, po prostu pozwól oprogramowaniu wykonać pracę za ciebie, wiedząc, które przelotki wymagają wiercenia wstecznego.Zobacz, jak łatwe może być wiercenie wstecznego w Altium Designer^®.

Referencje: