1.1 Formació de talons
Els forats passants són l'estructura bàsica per aconseguir la interconnexió entre capes en PCB multicapa, i els forats passants xapats convencionals (PTH) penetraran tot el gruix de la placa. Quan els senyals d'alta velocitat només es transmeten entre determinades capes, els segments de paret de coure suspesos a la via que no participen en la transmissió del senyal formen un taló, equivalent a una línia curta paral·lela amb un terminal obert.
Prenent com a exemple el tauler de 12 capes: quan el senyal canvia de L1 a L6, les parets de coure dels forats de via a L7 ~ L12 són piles residuals amb una longitud d'uns 0,8 mm.
1.2 Llei quantitativa de l'efecte ressonància
El risc bàsic de les piles residuals és la generació de ressonància de la sèrie λ/4 a una freqüència específica, que reflecteix tota l'energia del senyal en aquesta banda de freqüència.
La fórmula de la freqüència de ressonància és f=c/(4 × L × √ ε r), on c és la velocitat de la llum, L és la longitud de la pila residual i ε r és la constant dielèctrica de la placa
FR-4 tauler (ε r ≈ 3,8~4,2) càlcul empíric: f (GHz) ≈ 80/L (mm)
Els punts de ressonància típics corresponen a:
Pila residual 100 mil (2,54 mm) → ressonància a aproximadament 3,5 GHz
Pila residual de 50 mil (1,27 mm) → ressonància a aproximadament 7 GHz
Pila residual 20 mil (0,5 mm) → ressonància a aproximadament 17,5 GHz
Pila residual de 10 mm (0,25 mm) → ressonància a aproximadament 35 GHz
1.3 Impacte específic sobre la integritat del senyal
Mutació d'impedància: la pila residual introdueix una capacitat paràsita addicional de 0,3 ~ 0,8 pF, fent que la impedància via caigui de l'objectiu de 50 Ω a 35 ~ 45 Ω, amb fluctuacions de fins a ± 15%
Deteriorament de la pèrdua de reflex i retorn: S11 al punt de ressonància es pot deteriorar fins a -8 ~ -10 dB i la reflexió del senyal supera el 30%
Augment significatiu de la pèrdua d'inserció: la pèrdua d'inserció a la banda de freqüència de 10 GHz pot augmentar en 3-5 dB, amb una pèrdua de senyal addicional del 25% a una pila residual de 100 mil i fins a un 50% a 200 mil.
Tancament i fluctuació del diagrama d'ulls: l'alçada dels ulls del senyal de 25 Gbps es pot reduir en un 40% i la fluctuació determinista es pot augmentar entre 20 i 30 ps.
Conversió del mode i diafonia: la discontinuïtat de la impedància residual de la pila desencadena la conversió del mode TE11 al mode TM01, augmentant la diafonia del canal adjacent en més d'un 12%
Efecte acumulat de múltiples piles residuals: l'impacte de quatre piles residuals curtes de 20 mil és molt més gran que la d'una pila residual de 60 mil de llarg. Com més forats a través de l'enllaç, més exponencial augmenta la degradació acumulada de les piles residuals.
Requisits especials per a diferents escenaris d'aplicació
Connector de crimpat mitjançant: s'ha de mantenir una longitud de paret suficient del forat de crim (generalment superior o igual a la profunditat d'inserció del pin de crimpar +12mil marge de seguretat) i el trepant posterior no ha de danyar l'estructura de fixació mecànica de la zona de crimpat.
Interfícies de memòria DDR5/DDR6: els residus de la línia d'adreça/ordre/rellotge s'han de controlar dins de 8 mil, i els residus de la línia de dades s'han de controlar dins de 10 mil
Circuit d'ones RF/mil·limètriques: pila residual per a senyals de RF superiors a 10 GHz Menys o igual a 5 mil, pila residual per a aplicacions d'ones mil·límetres superiors a 30 GHz Menys o igual a 2 mil, i s'ha de coordinar amb la connexió a terra mitjançant apantallament
Àrea de ventilació BGA: el parell diferencial de dues vies ha de ser estrictament simètric, amb la mateixa capa d'entrada i sortida, la mateixa obertura, la mateixa pastilla de soldadura, la mateixa pastilla de soldadura inversa i la mateixa profunditat de perforació posterior, per evitar la conversió en mode comú