1.1 Tworzenie odgałęzień
Otwory przelotowe stanowią podstawową konstrukcję umożliwiającą uzyskanie połączeń międzywarstwowych w wielowarstwowych płytkach PCB, a konwencjonalne platerowane otwory przelotowe (PTH) przechodzą przez całą grubość płytki. Gdy sygnały o dużej prędkości są przesyłane tylko pomiędzy niektórymi warstwami, zawieszone w przelotce segmenty ścianek miedzianych, które nie biorą udziału w transmisji sygnału, tworzą odgałęzienie - równoważne równoległej krótkiej linii z otwartym zaciskiem.
Biorąc za przykład płytkę 12-warstwową: kiedy sygnał zmienia się z L1 na L6, miedziane ścianki otworów przelotowych w L7~L12 tworzą stosy resztkowe o długości około 0,8 mm.
1.2 Ilościowe prawo efektu rezonansu
Podstawowym zagrożeniem związanym z stosami resztkowymi jest generowanie rezonansu szeregowego λ/4 przy określonej częstotliwości, który odzwierciedla całą energię sygnału w tym paśmie częstotliwości
Wzór na częstotliwość rezonansową to f=c/(4 × L × √ ε r), gdzie c to prędkość światła, L to długość stosu resztkowego, a ε r to stała dielektryczna płyty
FR-4 tablica (ε r ≈ 3,8~4,2) obliczenia empiryczne: f (GHz) ≈ 80/L (mm)
Typowe punkty rezonansowe odpowiadają:
Stos resztkowy 100mil (2,54 mm) → rezonans przy około 3,5 GHz
Stos resztkowy 50mil (1,27 mm) → rezonans przy około 7 GHz
Stos resztkowy 20 mil (0,5 mm) → rezonans przy około 17,5 GHz
Włosie resztkowe 10 mm (0,25 mm) → rezonans przy około 35 GHz
1.3 Specyficzny wpływ na integralność sygnału
Mutacja impedancji: stos resztkowy wprowadza dodatkową pojemność pasożytniczą 0,3 ~ 0,8 pF, powodując spadek impedancji przelotki z docelowych 50 Ω do 35 ~ 45 Ω, z wahaniami do ± 15%
Pogorszenie odbicia i strat odbiciowych: S11 w punkcie rezonansu może ulec pogorszeniu do -8 ~ -10 dB, a odbicie sygnału przekracza 30%
Znaczący wzrost tłumienności wtrąceniowej: Tłumienie wtrąceniowe w paśmie częstotliwości 10 GHz może wzrosnąć o 3-5 dB, z dodatkową utratą sygnału o 25% przy resztkowym stosie 100 mil i do 50% przy 200 mil
Zamknięcie diagramu oka i drgania: wysokość oka sygnału 25 Gb/s można zmniejszyć o 40%, a deterministyczne drgania można zwiększyć o 20–30 ps
Konwersja trybu i przesłuch: Nieciągłość impedancji stosu resztkowego wyzwala konwersję trybu TE11 na tryb TM01, zwiększając przesłuch sąsiedniego kanału o ponad 12%
Skumulowany efekt wielu pali resztkowych: Wpływ czterech krótkich pali resztkowych o długości 20 mil jest znacznie większy niż jeden pal resztkowy o długości 60 mil. Im więcej otworów przelotowych w łączniku, tym bardziej wykładniczo wzrasta skumulowana degradacja pali resztkowych
Specjalne wymagania dla różnych scenariuszy zastosowań
Złącze zaciskane przez: Należy zachować odpowiednią długość ścianki otworu do zaciskania (zwykle większą lub równą głębokości włożenia kołka zaciskanego+12mil margines bezpieczeństwa), a wiertło tylne nie może uszkodzić mechanicznej struktury mocującej obszaru zaciskania
Interfejsy pamięci DDR5/DDR6: Pozostałości adresu/linii poleceń/zegara muszą być kontrolowane w granicach 8 mil, a pozostałości linii danych muszą być kontrolowane w granicach 10 mil
Obwód RF/fal milimetrowych: stos resztkowy dla sygnałów RF powyżej 10 GHz mniejszy lub równy 5 mil, stos resztkowy dla zastosowań fal milimetrowych powyżej 30 GHz mniejszy lub równy 2 mil i musi być skoordynowany z uziemieniem poprzez ekranowanie
Obszar rozgałęzienia BGA: Różnicowa para dwóch przelotek musi być ściśle symetryczna, z tą samą warstwą na wejściu i na zewnątrz, z tą samą aperturą, tą samą płytką lutowniczą, tą samą odwrotną płytką lutowniczą i tą samą głębokością wiercenia wstecznego, aby uniknąć konwersji trybu wspólnego