1.1 Formación de trozos
Los orificios pasantes son la estructura básica para lograr la interconexión entre capas en PCB multicapa, y los orificios pasantes chapados convencionales (PTH) penetrarán todo el espesor de la placa. Cuando las señales de alta velocidad solo se transmiten entre determinadas capas, los segmentos de pared de cobre suspendidos en la vía que no participan en la transmisión de la señal forman un trozo, equivalente a una línea corta paralela con un terminal abierto.
Tomando el tablero de 12 capas como ejemplo: cuando la señal cambia de L1 a L6, las paredes de cobre de los orificios de paso en L7~L12 son pilas residuales con una longitud de aproximadamente 0,8 mm.
1.2 Ley cuantitativa del efecto de resonancia
El principal peligro de los pilotes residuales es la generación de resonancia en serie λ/4 a una frecuencia específica, que refleja toda la energía de la señal en esa banda de frecuencia.
La fórmula de la frecuencia de resonancia es f=c/(4 × L × √ ε r), donde c es la velocidad de la luz, L es la longitud de la pila residual y ε r es la constante dieléctrica de la placa.
placa FR-4 (ε r ≈ 3,8~4,2) cálculo empírico: f (GHz) ≈ 80/L (mm)
Los puntos de resonancia típicos corresponden a:
Pila residual de 100 mil (2,54 mm) → resonancia a aproximadamente 3,5 GHz
Pila residual de 50 mil (1,27 mm) → resonancia a aproximadamente 7 GHz
Pila residual de 20 mil (0,5 mm) → resonancia a aproximadamente 17,5 GHz
Pila residual de 10 mm (0,25 mm) → resonancia a aproximadamente 35 GHz
1.3 Impacto específico en la integridad de la señal
Mutación de impedancia: la pila residual introduce una capacitancia parásita adicional de 0,3~0,8pF, lo que hace que la impedancia de la vía caiga del objetivo de 50 Ω a 35~45 Ω, con fluctuaciones de hasta ± 15 %.
Deterioro de la pérdida de reflexión y retorno: S11 en el punto de resonancia puede deteriorarse a -8 ~ -10 dB y la reflexión de la señal supera el 30 %.
Aumento significativo de la pérdida de inserción: la pérdida de inserción en la banda de frecuencia de 10 GHz puede aumentar entre 3 y 5 dB, con una pérdida de señal adicional del 25 % con una pila residual de 100 mil y hasta un 50 % con 200 mil.
Cierre y fluctuación del diagrama de ojo: la altura del ojo de la señal de 25 Gbps se puede reducir en un 40 %, y la fluctuación determinista se puede aumentar en 20-30 ps
Conversión de modo y diafonía: la discontinuidad de la impedancia residual de la pila activa la conversión del modo TE11 al modo TM01, lo que aumenta la diafonía del canal adyacente en más de un 12 %.
Efecto acumulativo de múltiples pilotes residuales: El impacto de cuatro pilotes residuales cortos de 20 mil es mucho mayor que el de un pilote residual de 60 mil de largo. Cuantos más agujeros pasantes haya en el eslabón, más exponencial aumentará la degradación acumulada de los pilotes residuales.
Requisitos especiales para diferentes escenarios de aplicación.
Conector de engarzado a través de: Se debe conservar una longitud de pared suficiente del orificio de engarce (generalmente mayor o igual que la profundidad de inserción del pasador de engarce +12mil margen de seguridad) y el taladro posterior no debe dañar la estructura de fijación mecánica del área de engarce
Interfaces de memoria DDR5/DDR6: los residuos de la línea de dirección/comando/reloj deben controlarse dentro de 8 mil, y los residuos de la línea de datos deben controlarse dentro de 10 mil
Circuito de onda milimétrica/RF: pila residual para señales de RF superiores a 10 GHz Menor o igual a 5 mil, pila residual para aplicaciones de ondas milimétricas superiores a 30 GHz Menor o igual a 2 mil, y debe coordinarse con la conexión a tierra mediante blindaje
Área de distribución BGA: el par diferencial de dos vías debe ser estrictamente simétrico, con la misma capa de entrada y salida, la misma apertura, la misma almohadilla de soldadura, la misma almohadilla de soldadura inversa y la misma profundidad de perforación posterior, para evitar la conversión de modo común.