虽然电子系统的物理设计和制造多年来取得了显著的进步，但印刷电路板(pcb)的尺寸和密度的变化一直在增加——特别是与集成电路(IC)密度和系统互连数据速率的指数增长相比。事实上，在过去30年里，IC密度增加了10万倍，而PCB密度增加了3倍[1,page19]。因此，具有挑战性的工作频率和标准PCB尺寸的收敛迫在眉睫。例如，尽管努力将28+ Gbps的短根长度保持在5密耳以内，但很少有人认识到，表面安装垫短根延伸到焊接连接器引脚背面的长度通常显著大于5密耳。
特别关心和关注的这篇论文是在信号通孔附近放置地面返回通孔(grv)。几十年来，硬件和布局工程师基于最佳实践、民间传说和恐惧，通过层转换在信号附近添加grv，但很少了解grv需要在哪里以及为什么。神秘和误解导致了改道和PCB空间的浪费。随着数据速率的不断提高，显著的光谱内容进入40GHz到60GHz区域，将这些grv放置在它们能够完成工作的地方将变得越来越重要和困难。的目标这篇论文是用实际例子描述grv的作用和行为，使设计和布局工程师的直觉和工程判断得到启发。
图1显示了在1毫米间距的球栅阵列下的8个单端信号，与所示的路由层有等效的~100 mil通径，旁边是相同的测量数据。8个信号通孔中的每一个都立即被4个grv包围。然而，grv的模式是不同的，取决于每个信号落在一个交替的2毫米grv阵列中的位置。标记为“菱形”位点的grv与相关信号的通径(1 mm)比标记为“正方形”位点的grv与相关信号的通径(1.4 mm)更接近。测量数据(右)显示“正方形”信号的插入损耗(IL)在40 GHz时下降到-40 dB，而“菱形”信号的IL继续线性下降。怎么可能，仅仅由于地面通过放置，99%的信号失去了一半的信号，而IL的另一半是良好的?此外，在同样的介质材料中，一个微小的100mil通径结构怎么可能比15英寸的痕迹损失更多呢?这篇论文将证明答案在于理解via的回流电流的相互作用。
图1:PCB测试结构和产生的信号IL
这篇论文将会演示当grv离我们太遥远时，会发生什么。当信号通过图1中的grv的距离大于大约四分之一波长时，该结构就会产生相对较高的q。这实际上是一个微波滤波器。为了避免图1中过多的IL，这篇论文将定义一个间隙率距离(GRD)度量，可以很容易地应用于PCB布局中的GRV放置。
我们将在模拟和测量中使用三个指标来衡量受GRV放置影响的无源互连的有效性:IL、时域反射(TDR)和串扰。虽然IL目前最受关注，因为它既降低信号振幅，又是码间干扰的主要来源，SerDes均衡方案和低损耗材料已经有效地减轻了IL的影响。然而，正如作者长期以来所断言的[2,3,4]，通过TDR测量的传输路径不连续是码间干扰的一个严重来源，而且明显更难均衡。事实上，随着越来越小型化对电子产品的影响，不连续正成为链路故障的主要原因[1，第4章]。
图2中测量的TDR表明，影响图1中IL的GRV放置也会导致传输路径中意外的不连续。对于~15 ps，一个与当前数据速率相关的扰动，“正方形”点的信号通过阻抗始终比“菱形”点高5欧姆。虽然通孔阻抗的增加可能不是一个严重的问题，但沿传输路径的多个不规则通孔可能会造成严重的损害。
图2:八个测试信号通路的TDR测量结果
最后，根据实测数据和模型结果得出这篇论文将表明，随着数据速率的增加，相声将成为一个严重的损害。如图3所示，测量表明，在较高频率下，“正方形”站点(金色)之间的串扰比“正方形”站点和“菱形”站点(蓝色)之间的串扰高，而“菱形”站点和“菱形”站点之间的串扰又比两个“菱形”站点(黑色)之间的串扰高。串音随频率迅速增加，主要是GRV配置的功能。从布局中还可以注意到，与通常考虑的串扰尺寸相比，信号通孔之间根本就不“接近”，这表明在工作中存在电容耦合以外的一些影响，如下所示。尽管差动传动在一定程度上改善了这种情况，但在这种情况下也会出现类似的现象。
图3:信号通道的测量串扰
这篇论文是作者计算效率高和基于结构的方法的自然延伸，通过建模[5,6,8]来包括更高频率的影响。虽然目前许多应用都使用差动传动，这篇论文将集中于单端传输，因为GRV的作用更容易说明和理解。然而，我们将在接近本文结尾的第7.1节简要介绍差动传动。
这篇论文这里的引用获得2022年DesignCon最佳论文奖。阅读全文DesignCon 2022纸,下载PDF．
