在硬件系統(tǒng)設(shè)計中，通常我們關(guān)注的串?dāng)_主要發(fā)生在連接器、芯片封裝和間距比較近的平行走線之間。但在某些設(shè)計中，高速差分過孔之間也會產(chǎn)生較大的串?dāng)_，本文對高速差分過孔之間的產(chǎn)生串?dāng)_的情況提供了實例仿真分析和解決方法。
高速差分過孔間的串?dāng)_
對于板厚較厚的PCB來說，板厚有可能達(dá)到2.4mm或者3mm。以3mm的單板為例，此時一個通孔在PCB上Z方向的長度可以達(dá)到將近118mil。如果PCB上有0.8mm pitch的BGA的話，BGA器件的扇出過孔間距只有大約31.5mil。
兩對相鄰差分過孔之間Z方向的并行長度H大于100mil，而兩對差分過孔在水平方向的間距S=31.5mil。在過孔之間Z方向的并行距離遠(yuǎn)大于水平方向的間距時，就要考慮高速信號差分過孔之間的串?dāng)_問題。順便提一下，高速PCB設(shè)計的時候應(yīng)該盡可能相當(dāng)小化過孔stub的長度，以減少對信號的影響。
差分過孔間串?dāng)_的仿真分析
下面是對一個板厚為3mm，0.8mm BGA扇出過孔pitch為31.5mil，過孔并行距離H=112mil的設(shè)計實例進(jìn)行的仿真。
假設(shè)差分端口D1—D4是芯片的接收端，我們通過觀察D5、D7、D8端口對D2端口的遠(yuǎn)端串?dāng)_來分析相鄰?fù)ǖ赖拇當(dāng)_情況。距離較近的兩個通道，通道間的遠(yuǎn)端串?dāng)_可以達(dá)到-37dB@5GHz和-32dB@10GHz，需要進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計來減小串?dāng)_。
也許讀到這里您會產(chǎn)生疑問：如何判定是差分過孔引起的串?dāng)_而不是差分走線引起的串?dāng)_呢？
為了說明這個問題，我們將上述的實例分成BGA扇出區(qū)域和差分走線兩部分分別進(jìn)行仿真。
仿真結(jié)果可以看出差分走線間的串?dāng)_都在-50dB以下，在10GHz頻段下甚至達(dá)到了 -60dB以下。而BGA扇出區(qū)域的串?dāng)_和原來整體仿真的串?dāng)_數(shù)值比較接近。
差分過孔間串?dāng)_的優(yōu)化
了解了此類問題產(chǎn)生串?dāng)_的根源，優(yōu)化差分過孔之間串?dāng)_的方法就比較明確了。增加差分過孔之間的間距是簡單易行并且十分有效的方法。我們在實例原設(shè)計的基礎(chǔ)上將差分過孔位置進(jìn)行了優(yōu)化，使得每對差分過孔之間的間距大于75mil。優(yōu)化后的遠(yuǎn)端串?dāng)_比原設(shè)計在15GHz頻帶內(nèi)有15~20dB的改善，在15~20GHz頻帶內(nèi)有10dB的改善。
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