高速高频PCB设计中过孔残桩的影响

蒋修国 /文

编者注：记得在2017年的时候，起码在不同的场合介绍过孔的相关的内容超过10次，但是从最近遇到一些项目上的问题来看，还是很多人不太了解过孔。本文就给大家介绍下影响过孔性能的因素之一—过孔的残桩。

过孔的应用场景非常多，过孔的结构也是相当复杂，在写《ADS信号无奈之下仿真与实战》一书时，用了一整章介绍了过孔。如下是过孔的一张简化结构图：

其中就包括了过孔的残桩Stub。

通常，在普通设计高多层板的时候，工程师都是想着把高速信号线或者射频线设计在内层（带状线）或者外层（微带线）好就行，而不考虑到底是布线在内层的第几层，认为带状线性能都是一样的。

其实并不是如此的，就近期我们处理的一个案例来讲，原本其设计如下图所示：

经过仿真之后，得到的插入损耗和回波损耗的结果如下图所示：

从上面的结果可以看到，不管是插入损耗还是回波损耗都非常差。再查看其阻抗，如下图所示：

从上图可以看到，其阻抗只有61ohm。以上的设计中，残桩最大值达到了72mil。按照生产工艺，在仿真软件ADS中把过孔的残桩去掉之后，如下图所示：

获得的仿真结果与原始的对比如下图所示：

显然，去掉残桩之后，插入损耗和回波损耗都得到了很好的改善。在14GHz左右，插入损耗相差约40dB，回波损耗也相差了约13dB。这对于高速信号的设计影响非常的大。再对比下其阻抗，如下图所示：

两个设计的过孔阻抗相差了约20ohm。

下面从大家比较熟知的眼图，也可以看到一些结果上的差异：

上图是按照16Gbps的信号速率获得的眼图结果，显然，存在很大残桩时，其眼图完全闭合，而去掉残桩之后，其眼图张开了。

所以，过孔残桩会直接影响到信号传输的性能，工程师在设计时要重视过孔残桩的存在。在信号速率比较高，且残桩比较长时，在PCB生产时，要考虑在过孔处使用Backdrill工艺，或者使用盲埋孔。当然，并不是每一类设计都要使用Backdrill工艺或者盲埋孔，因为它们都会带来成本上的增加。