Backdrill it Baby - Como Reduzir Distorções de Sinal na Sua PCB

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Ao longo dos anos, engenheiros desenvolveram várias abordagens para lidar com ruídos que podem distorcer a integridade do sinal digital de alta velocidade em designs de backdrill de placas de circuito impresso. E à medida que nossos designs ultrapassam novos limites, também aumenta a complexidade de nossas técnicas para lidar com novos desafios. Hoje, a velocidade dos sistemas de design digital está na faixa dos GHz, uma velocidade que cria desafios mais proeminentes do que no passado. E com taxas de transição na casa dos picossegundos, qualquer descontinuidade de impedância, perturbação na indutância ou capacitância parasita pode afetar adversamente a integridade e a qualidade do sinal. Embora existam várias fontes que podem causar distúrbios no sinal, uma fonte em particular, às vezes negligenciada, é o via. Continue lendo para mais informações sobre como reduzir distorções de sinal em PCBs.

Perigos Ocultos no Simples Via

Os sinais vias, em Interconexão de Alta Densidade (HDI), placas de muitas camadas e backplanes/midplanes espessos, podem sofrer com jitter adicional, atenuação e taxas de erro de bit (BER) mais altas, levando a dados sendo mal interpretados na extremidade do receptor.

Tome como exemplo backplanes e placas-filha. Quando se trata de descontinuidades de impedância, o foco com uma placa de circuito é frequentemente os conectores entre elas e a placa-mãe. Geralmente, é o caso de que esses conectores são muito bem combinados em termos de impedância, e a fonte real de descontinuidade são as vias do design da PCB.

À medida que as taxas de dados aumentam, a quantidade de distorção introduzida pelas estruturas de via com furos metalizados (PTH) também aumenta – geralmente a uma taxa exponencial consideravelmente maior do que o aumento associado na taxa de dados. Por exemplo, os efeitos de distorção produzidos por uma via PTH a uma taxa de dados de 6,25 Gb/s são frequentemente mais do que o dobro daqueles a 3,125 Gb/s.

A presença de stubs desnecessários na parte inferior e superior que se estendem além da sua última camada conectada faz com que as vias pareçam como descontinuidades de baixa impedância. Uma maneira de os engenheiros superarem a capacitância extra dessas vias é minimizar seus comprimentos e, portanto, reduzir sua impedância. É aqui que entra o backdrilling.

Reforçando com Backdrilling

O backdrilling tem sido utilizado como um método amplamente aceito, simples e eficaz para minimizar a integridade do sinal do canal, removendo os stubs de vias. Esta técnica é referida como Perfuração de Profundidade Controlada que utiliza equipamento de perfuração numérico controlado (NC) convencional. E esta técnica pode ser aplicada a qualquer tipo de placa de circuito, não apenas as espessas como backplanes.

O processo de backdrilling envolve o uso de uma broca ligeiramente maior em diâmetro do que a usada para criar o furo da via original para remover os stubs condutivos desnecessários. Esta broca é geralmente 8 mils acima do tamanho primário da broca, mas muitos fabricantes podem atender especificações mais rigorosas.  

Deve-se lembrar que os espaçamentos de trilhas e planos precisam ser grandes o suficiente, para que o procedimento de backdrilling não perfure trilhas e planos próximos à via que está sendo perfurada. Para evitar perfurar trilhas e planos, é recomendado ter um espaçamento de 10 mils.

Em geral, diminuir os comprimentos dos stubs de vias por meio do backdrilling tem muitas vantagens, incluindo:

• Reduzir o jitter determinístico por ordens de magnitude, resultando em menor BER.

• Reduzir a atenuação do sinal devido à melhor correspondência de impedância.

• Reduzir a radiação EMI/EMC do final do stub e um amplificador de largura de banda do canal.

• Reduzir a excitação de modos de ressonância e o crosstalk de via para via.

• Minimizando o impacto do design e layout com custos de fabricação menores do que a laminação sequencial.

Comunicando a Intenção da Perfuração Reversa

À medida que o uso da técnica de perfuração reversa se torna mais frequente em aplicações de Interconexão de Alta Densidade e Design de Alta Velocidade, também aumentam os problemas de confiabilidade atribuídos a esta prática. Alguns dos problemas que impulsionam isso incluem a falta de diretrizes de design, tolerâncias de fabricação e garantir que a intenção do design seja bem comunicada ao fabricante dentro do pacote de fabricação.

Então, como você garante que seu fabricante tenha todas as informações necessárias para perfurar com sucesso todos os vias alvo e componentes PTH na sua placa de circuito? E como você acompanha os múltiplos níveis de especificações de perfuração reversa ao longo do seu design?

O que é necessário é uma ferramenta de configuração visual simples, integrada às suas regras de design, que permite especificar diferentes configurações de perfuração reversa para objetos selecionados. E depois disso, você pode simplesmente deixar o software fazer o trabalho por você, sabendo quais vias precisam ser perfuradas.Veja como a perfuração reversa pode ser fácil no Altium Designer^®.

Referências: