PCB反焊盘的样子越诡异，高速过孔的性能越好？

高速先生成员--黄刚


随着传输速率越来越高，在PCB设计上难做的地方早就不是走线的设计了，而是变成了过孔的设计。为什么怎么说呢，Chris给大家举个栗子大家就知道了：你知道PCB板厂能够给大家保证走线的阻抗在±10%，但是有哪家板厂可以给大家保证过孔的阻抗±10%的吗？目测到目前为止应该是没有的哈。另外在长通道的链路传输中，大家肯定都知道传输线的损耗占绝大部分的比例，但是你又是否敢相信，有可能一个过孔的损耗比20inch传输线损耗都多吗？很多情况下大家用了贼好贼贵的板材，走线也不是很长，但是加工出来的高速串行通道的误码率居然还贼高，甚至完全无法link上。往往问题就出在过孔的优化上了，例如过孔没有做背钻，又或者今天要说的，反焊盘挖空没get到！应众多粉丝的墙裂要求，Chris今天就给大家讲讲过孔反焊盘挖空这档子事。为什么要挖空过孔的反焊盘呢？其实跟走线要参考上下层的地平面原理是差不多的。走线的线宽越宽，需要参考的地平面就需要远一点，同样的，过孔的孔径越大，需要挖空的反焊盘也相应需要大一点。原理我都懂，但是具体要挖多大才是大呢？https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/2a16cbb6dd8c49d0b2894f86ae8b25c0~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2025080415484959C03F008A40508F3F2E&x-expires=2147483647&x-signature=5InBoL3OMc8r6%2BA%2BTBqDtgzMkmU%3D

Chris拿一个具体的例子给大家分享下哈，这是一个高速连接器的过孔设计，如下所示：https://p9-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/26e698401e274d7faca281c08e757d24~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2025080415484959C03F008A40508F3F2E&x-expires=2147483647&x-signature=e%2ByWFpNUL8BIB2R9O9V2sEcHQMg%3D

上面已经对连接器过孔有了一个初步的挖空方案了。但是这个方案是不是最好的性能呢？我们把一对连接器过孔的3D模型提取出来，就是下面那样子：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/793b90471b9946a8b6823156dd76d6f6~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2025080415484959C03F008A40508F3F2E&x-expires=2147483647&x-signature=STgS8k7CSb7E0tEn%2B3OnW6kUIRU%3D

然后Chris做一个很有意思的反焊盘大小扫描方案，那就是保持这对过孔反焊盘的面积不变，也就是长L乘以宽W不变，去改变W和L的比例关系，来看看到底在哪一组W和L的情况下，这对过孔的性能最好！https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/1dc81ed9665d4d3ab5165acd37aefa58~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2025080415484959C03F008A40508F3F2E&x-expires=2147483647&x-signature=pIBdaZ6jArYELfhnR3zvqdqzHb4%3D

懂？不懂？Chris举个例子哈，例如W=25mil，面积不变的情况下反焊盘是长下面那样的：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/623f523140754f5eb975cf721390810c~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2025080415484959C03F008A40508F3F2E&x-expires=2147483647&x-signature=%2FjET9pMrqB9FLBkKGFXk%2BBrqY0k%3D

W=45mil时，面积不变情况下反焊盘是长这样的：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/b50901833c5c4e41af764097d558b9d3~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2025080415484959C03F008A40508F3F2E&x-expires=2147483647&x-signature=Ijn7dbBOb6UZu3LSN0Yz%2BbohVZ8%3D

我们把宽度W设置成变量，保持面积不变的情况下，W逐渐变大，长度L肯定就逐渐变小了。W从25mil到45mil的变化过程，可以看到过孔反焊盘的形状是这样变的：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/a97ac771f77a4c4195e67237fcec4cba~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2025080415484959C03F008A40508F3F2E&x-expires=2147483647&x-signature=gHZF3h%2FQZDybWEP%2FcIamse07Ygw%3D

面积不变，那不就相当于挖空的大小一样嘛，那过孔的性能能有多大差别？过孔的阻抗顶多差个1-2欧姆而已吧？https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/8edd5affd1b544d08278dd651b0cd2d8~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2025080415484959C03F008A40508F3F2E&x-expires=2147483647&x-signature=TA%2Brw3ClLxUebEdMVC%2FYkQwVUfQ%3D

1-2欧姆？？？（1-2）*10欧姆才是他们的差别！看看下面这个仿真结果，这个本来需要设计成100欧姆的连接器过孔，仿真扫描出来的结果最低的阻抗只有85欧姆，最高的去到了96欧姆！！https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/45285dbd6ccd439db9eba057c9248942~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2025080415484959C03F008A40508F3F2E&x-expires=2147483647&x-signature=DcQLHP1sPu2PtmiN49N9I0f%2B46Y%3D

阻抗变化大了，回波损耗的差异自然也贼大。好的和不好的回波损耗的差距居然超过了20dB！！！https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/b458e5c752b24d838b25e21e3788d7ed~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2025080415484959C03F008A40508F3F2E&x-expires=2147483647&x-signature=aU%2BrP7RyXBBloJWR1Z6TgySIpok%3D

是不是有这么一种感觉，每次看完Chris的文章之后，貌似学到了很多，但是又好像什么也没学到一样，哈哈！不能全怪Chris啊，过孔优化本身就是一个可以定性但很难定量的东西，Chris也的确很难回答到大家的一个特定项目的过孔结构应该怎么去挖空反焊盘来得到最佳的性能，如果要得到的话，也只能通过仿真来确定优化方案，不然拍个小脑袋来给的话，是没法一下就戳中性能最佳的那个方案。Chris也只能帮大家到这里了，还是那句老话，有需要的话仿真帮大家看看咯……https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/52659c3870ef44d4ba6ca840aa552d4e~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2025080415484959C03F008A40508F3F2E&x-expires=2147483647&x-signature=oMDDo6%2Bj7h6RkGFKDS8ZVjgG8o0%3D

问题：那就问问大家了，你们在做高速过孔设计的时候，又是怎么来确定反焊盘的挖空方案的呢？关于一博：一博科技成立于2003年3月，深圳创业板上市公司，股票代码: 301366，专注于高速PCB设计、SI/PI仿真分析等技术服务，并为研发样机及批量生产提供高品质、短交期的PCB制板与PCBA生产服务。致力于打造一流的硬件创新平台，加快电子产品的硬件创新进程，提升产品质量。