如果您经常关注跟踪阻抗，但不习惯考虑通过阻抗，那么本文适合您。或者，如果您正在关注通过阻抗，但不确定什么尺寸将产生正确的阻抗，这也将有助于。那么，什么时候应该使用8毫米的钻头呢?
你为什么要关心?
串行链路可能因为阻抗不匹配或不连续性而失效。实际上，不连续性造成的问题比损失更多。虽然损耗在某种程度上可以预测地降低信号，并且可以通过均衡来补偿，但不连续性引起的反射更难驯服。所以，你修正了不连续点，也修正了信号。这是一个通过阻抗校正实现400%视力改善的例子-仅占互连的1%，[1，第4页]。也看一看这个方法通过在硬件中测量阻抗和由此产生的性能改进来改进，[2，第21页]。
虽然它们很小，但过孔会显著影响性能。当¼波长存根进入系统时，这一点首次变得明显。在1 / 4英寸留下了一个通孔存根。厚背板可以完全去除12gbps的信号，根据近似3/12(是的，只要使用3/Gbps就可以得到英寸，见[3，幻灯片5])。虽然存根可能是灾难性的，但随着数据速率的增加，阻抗不匹配也越来越成问题。但是我们怎样才能更好地理解过孔的阻抗呢?
通过建模进入
几十年前，当我的RF朋友忙于异国情调的3D过孔解决方案时，我们会在过孔位置的互连模型中放置一个0.5 pF电容器，并称之为好。随着时间的推移，我们了解到将过孔建模为传输线是一种更好的方法。一些工具通过求解器快速实现([4];第4页])，扩展了传输线的概念，以提供相关的准确性，如这篇论文[5]。然而，即使你没有快速的通道求解器，也有可能获得通道阻抗的直观感觉，如下所述。如果您想尝试via求解器，我将在本文末尾提供一个链接。
建立阻抗直觉
为了直观地了解通过什么尺寸会产生我们想要的阻抗，让我们从更熟悉的差分走线开始，如图1所示。事实上，过孔的行为有点像迹线——尽管是在Z维度上。
数字1.差分走线阻抗
图1显示了带状线走线阻抗与宽度、间距和到地平面的距离的关系(X轴代表横截面视图中的W=S=H1=H2)。有趣的是，所有尺寸产生的阻抗都接近我们通常想要的，并且使用微小的调整来更精确地拨入值。例如，增加H值中的一个或两个使参考平面移动得更远，使走线更具电感性，从而提高阻抗(Z=sqrt[L/C])。拓宽走线(W)使走线更具容性，从而降低其阻抗。想象一下这两个变化是如何影响阻抗的，因为我们要把它们应用到导线结构上。
图2在X轴上绘制了阻抗差值与常用钻头尺寸的对比图。垫尺寸为钻+10密耳，圆形反垫尺寸为钻+20密耳。间距为1毫米，可以在BGA下或连接器附近找到。我们注意到的第一件事是，与图1中的走线阻抗范围相比，阻抗范围增加了4倍以上。这个更宽的范围使得通阻更难控制。和走线一样，我们可以改变通孔的结构来调整它的阻抗。例如，加宽反垫-或将它们连接成椭圆形“赛道”形状-将参考平面移得更远(如增加图1中的走线H)，使通孔管更具电感性，从而提高其阻抗。相反，增加钻头尺寸会使钻管变宽(如增加走线W)，使其更具容性，从而降低其阻抗。
数字2.差分过孔阻抗
同样，与走线相关的较窄范围相比，过孔的挑战是4倍以上的阻抗范围-通过比较图1和图2可以清楚地看到。由于走线和过孔的结构调整具有相似的尺寸，它们对阻抗也有相似的影响-在任何方向上都可能是5或10欧姆。因此，很难获得接近100欧姆的16甚至12 mil过孔，因为它们的“自然”(即没有结构修改)阻抗为~70欧姆。因此，很明显，为什么8mil钻头在世界上越来越受欢迎，有些不愿意转向85欧姆阻抗-这是更常见的10mil通孔的“自然”阻抗。
更深入的研究
你可能会反对我的概括，因为我没有说明介电常数(Dk)。你是对的。是3.3。事实上，Dk成比例地提高电容，从而反向影响阻抗。因此，当我第一次用Dk=3.0解决1000万个过孔时，我发现它们比预期的更接近100欧姆。普通Dk值变化50%(3.0到4.5)，Dk确实是一个重要的考虑因素。因此，当使用图2所示的差分阻抗时，如果Dk高于3.3，则阻抗值会更低。同样，如果你的Dk低于3.3，你的阻抗会更高。例如，当Dk范围从3.0到3.6时，图2中的阻抗变化为+/- ~4欧姆。
我们还应该讨论微分走线和通径间距。当走线或过孔越靠近时，它们的电容性越强，阻抗越低。虽然图1所示的走线阻抗可以通过分离走线增加~10欧姆，但随着过孔靠近，过孔阻抗将比图2所示的阻抗减小。然而，由于其相关联的焊盘，通孔桶之间的移动距离不能超过~ 20mil，因此很难将阻抗降低超过~ 5欧姆。
另外，当我们通过28gbps的NRZ时，我们需要停止将通孔视为单个阻抗，而是将其视为阻抗在垫处下降并在桶中上升的结构。在这个数据速率下，这些元素都在相关的特征尺寸之内，因此，分别建模图2在[6]。
当你开始着手解决通过阻抗的问题时——越来越多的工具和测量方法可用——任务将会简化，就像追踪一样。我的目标是给你一个参考点，使通过阻抗实现的任务，从而消除通过阻抗不连续，不那么令人生畏。
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本文节选自唐纳德·泰利安的新书《信号完整性，在实践中硬件，SI, FPGA和布局工程师实用手册。
参考文献
[10]李建军，刘建军，李建军，等。2014。”移动更高的数据速率串行链接到生产-问题和解决方案， 2014年设计大会最佳论文。
[10]刘建军，刘建军，刘建军，等。”大型系统性能调优的新SI技术， 2016年设计大会。
[10]李建平。(2007)。适应6gbps及以上的信号完整性工具和技术(幻灯片1-33)。SiGuys, CDNLive !2007.
[10]李建军，刘建军，李建军，等。2012。”模拟具有数千个串行链路的大型系统2012年设计展。
[10]刘建军，刘建军，刘建军，等。”快速、高效和准确:通过与20 GHz相关的模型2013年设计展。
[10]泰利安·D.(2022年4月1日)。哪些不连续性小到可以忽略？信号完整性杂志RSS。
相关资源
第7集:Eric Bogatin与IBIS模型之父Donald Telian谈话
