连接器过孔之性能提升终极篇

对于连接器pin stub的影响，通过上一篇的连接器过孔系列之pin stub篇，我们已经知道连接器pin stub过长对信号有恶化效应。但是当没有其他的连接器可选、可替代，将过孔反焊盘扩大、非功能焊盘去掉、换成low Dk/low Df的板材等优化措施均已用上，而我们的系统裕量依然不够，仍需处处抠裕量，任何地方的提升都对系统性能有着不可忽视的作用时，是否有方法进一步提升连接器过孔处的性能？

高速信号的连接器pin的样子都是下图1所示，pin可以分解成3个部分，其中只有pin_2这部分是与过孔孔壁接触的，也就是我们常说的鱼眼。Pin_1负责将信号从连接器引入过孔中；Pin_2负责将信号传递给过孔；pin_3对于信号来说就没有正面的作用了，就是一段stub，为了跟过孔stub相区别，我们在这称之为pin stub。上一篇文章讲了这个pin stub对于信号的影响有多大。今天我们要进一步分析把图1所示的连接器插入过孔后，连接器pin与过孔相结合后的效应

图1高速信号连接器pin示意图

假设PCB厚度=2.2mm，连接器信号pin长2.2mm，连接器从top层往下压。

当过孔不做背钻时，将连接器压进过孔，连接器的pin+过孔的示意图如下所示：

图2  过孔不背钻，高速信号连接器pin插入过孔后的示意图

当过孔底部做背钻后，再将连接器压进过孔，连接器的pin+过孔的示意图如下所示：

图3   过孔底部背钻后，高速信号连接器pin插入过孔后的示意图

当过孔顶部做背钻后，再将连接器压进过孔，连接器的pin+过孔的示意图如下所示：

图4  过孔顶部背钻后，高速信号连接器pin插入过孔后的示意图

当过孔双面做背钻后，再将连接器压进过孔，连接器的pin+过孔的示意图如下所示：

图5   过孔双面背钻后，高速信号连接器pin插入过孔后的示意图

针对图3~图5的三种背钻方式进行建模仿真，看看有多大差异。

1. 过孔从底部背钻，压上连接器后，pin stub=30.6mil，从top到鱼眼的过孔stub（上stub）为24.4mil，从bottom到布线层的过孔stub（下stub）为10mil。

图6  过孔底部背钻，pin stub、过孔stub

2. 过孔从顶部背钻（离鱼眼位置留有10mil的安全距离），压上连接器后，pin stub=30.6mil，从top到鱼眼的过孔stub(上stub)为10mil，从bottom到布线层的过孔stub（下stub）为30.6mil。

图7   过孔顶部背钻，pin stub、过孔stub

3. 过孔双面过孔背钻后，压上连接器后，pin stub=30.6mil，从top到鱼眼的过孔stub(上stub)为10mil，从bottom到布线层的过孔stub(下stub)为10mil。

图8   过孔双面背钻，pin stub、过孔stub

以上3种情况下的插损如下图所示：

图9   各种情况插损对比图

说明：

SDD21_1：Case1过孔插上连接器的pin后，pin stub=30.6mil；过孔底层背钻，从bottom到布线层的过孔stub(下stub)为10mil，从top到鱼眼的过孔stub(上stub)为24.4mil 。

SDD21_2：Case2过孔插上连接器的pin后，pin stub=30.6mil；过孔顶层背钻，从bottom到布线层的过孔stub(下stub)为30.6mil，从top到鱼眼的过孔stub(上stub)为10mil。

SDD21_3：Case3过孔插上连接器的pin后，pin stub=30.6mil；过孔双面背钻，从bottom到布线层的过孔stub(下stub)为10mil，从top到鱼眼的过孔stub(上stub)为10mil。

Table1. 连接器过孔不同处理方式对比

双面背钻比仅底部背钻，插损提升了0.182dB（Case3-Case1），像背板系统，正常情况下系统链路上会有两个连接器，这两个连接器会引入4对过孔，如果采用双面背钻，这条链路可以提升0.728dB！惊不惊喜？开不开心？

由于连接器pin_1（见图1所示）的长度不长，造成与之对应的过孔上部stub一般也就二十几mil，比起过孔下部stub动辄四五十mil的长度，短了一大截，所以很少有人会去关注过孔上部stub。但是如果连接器pin stub过长，没有更好的连接器可选、可替代，而我们的系统裕量又不够，需要处处抠裕量时，过孔双面背钻不失为一种选择。