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加淚滴對DDRX等信號S參數(shù)有什么影響

發(fā)布時間:2023-09-18 14:54

高速先生公眾號受到了越來越多的關(guān)注后,我們也會經(jīng)常被粉絲以及客戶問各種關(guān)于高速設(shè)計的一些問題,還有些通過我們的市場經(jīng)理們來問,這不下面就是我們的一個客戶通過我們的市場經(jīng)理問的一個問題:


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這個問題其實經(jīng)常被問到,既然這么多朋友關(guān)心這個問題,本期文章我們就專門來討論一下這個淚滴到底有沒有影響。


今天我們說的淚滴,顧名思義就是PCB上為了增強過孔或者元件與走線之間的連接強度,人為的在這個連接之間把線路走粗,就好像眼淚一樣,有時也叫漸變線,如下圖所示。

 

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淚滴的作用主要有如下幾點:


1、增大焊盤機械強度,避免電路板受到巨大外力的沖撞時,導(dǎo)線與焊盤或者導(dǎo)線與導(dǎo)孔的接觸點斷開,也可使PCB電路板顯得更加美觀;

2、焊接上,可以保護焊盤,避免多次焊接時焊盤的脫落,生產(chǎn)時可以避免蝕刻不均,或者鉆孔偏向?qū)Ь€時,避免出現(xiàn)連接處的裂縫而開路,且易于清洗蝕刻藥水,不留清洗死角;

3、信號傳輸時平滑阻抗,減少阻抗的急劇跳變,避免高頻信號傳輸時由于線寬突然變小而造成反射,可使走線與元件焊盤之間的連接趨于平穩(wěn)過渡化;

簡而言之,淚滴從生產(chǎn)加工的角度好處如下:添加淚滴可以讓電路在PCB板上的連接更加穩(wěn)固,可靠性高,這樣做出來的系統(tǒng)可能會更穩(wěn)定。

以上都是從生產(chǎn)加工的角度對淚滴作用的傳統(tǒng)認(rèn)識,在早期信號速率普遍不高的產(chǎn)品中,確實會看到很多產(chǎn)品(尤其是軍工)會默認(rèn)添加淚滴的做法,但是為什么現(xiàn)在的消費性產(chǎn)品卻越來越少這樣去做了呢?難道是因為信號速率變高之后淚滴會對高速信號有較大的負面影響?


帶著這個疑問,我們可以從仿真的角度來具體分析一下。

先來看一下單線過孔換層的情況,下面是一個射頻信號的換層孔,信號線比較寬參考第三層,過孔從表層換到底層,板厚1.6mm,如下是有無淚滴的過孔示意圖。


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此時的漸變淚滴其實從形狀來看相對于沒有淚滴改變的不多,所以按照理論來說影響可能會很小,下面的仿真數(shù)據(jù)也證明了我們的理論猜測沒有錯。


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插損結(jié)果對比(紅色無淚滴,綠色有淚滴)


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回損結(jié)果對比(紅色無淚滴,綠色有淚滴)


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阻抗對比結(jié)果(紅色無淚滴,綠色有淚滴)


可以看到由于這個過孔本身已經(jīng)是優(yōu)化好的,過孔和線路阻抗比較匹配,加了淚滴后,插損基本上沒有太大影響,主要的影響在回損和阻抗上,回損差了-2dB左右,阻抗低了0.35ohm左右。


再來看看差分過孔的情況,我們在如下的過孔上進行有無淚滴的仿真對比,為了明確問題,我們固定其它所有的參數(shù)都是一樣,唯一的區(qū)別就是增加淚滴,當(dāng)然也考慮到不同軟件自動添加淚滴的形狀可能不一樣,我們也增加了幾種不同的淚滴形式,如大淚滴,漸近淚滴等,從而綜合得出不同淚滴的影響情況。


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仿真結(jié)果分別如下:


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插損結(jié)果對比(紅色無淚滴,藍色為大淚滴,綠色為漸變線)


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回損結(jié)果對比(紅色無淚滴,藍色為大淚滴,綠色為漸變線)


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阻抗結(jié)果對比(紅色無淚滴,藍色為大淚滴,綠色為漸變線)


可以看到由于這個差分過孔本身也是已經(jīng)優(yōu)化好的,過孔和線路阻抗比較匹配,加了淚滴后,插損基本上沒有太大影響,主要的影響在回損和阻抗上,回損在低頻(8GHz以下)差得比較多,在高頻(8GHz以上)差了-2dB左右,高點和低點處阻抗低了1.5~2ohm左右,淚滴越寬影響就越大。


從上面兩種單端和差分過孔的仿真上可以看出,在過孔本身優(yōu)化好的情況下,增加淚滴對無源S參數(shù)的影響,從插損上來看影響比較小,主要的影響在回損和阻抗,頻率越高,淚滴越大,對回損和阻抗的影響也越大。再深入一點,如果過孔本身沒有優(yōu)化的話,阻抗一般是比較低的,這個時候如果再增加淚滴,由于容性的影響會讓過孔阻抗變得更低,如果信號本身處于裕量的邊沿,那么增加的淚滴就是壓死駱駝的最后一根稻草,當(dāng)然大部分信號其實還是有一定的裕量,尤其是速率不超過1Gbps的信號,此時增加的淚滴就影響有限。