如果您经常关注跟踪阻抗，但不习惯考虑通径阻抗，那么这篇文章适合您。或者，如果你正在关注通过阻抗，但不确定什么维度将产生正确的阻抗，这也将有助于解决这个问题。那么，我什么时候应该使用8毫米的钻头呢?
我为什么要在意?
串行链路可能因为阻抗不匹配或不连续而失败。在实践中，不连续造成的问题比损失更多。虽然损耗会在某种程度上可预测地降低信号，并且可以通过均衡来补偿，但不连续会引起反射，这就更难驯服了。所以，修正不连续点就能修正信号。在“将更高的数据速率串行链路引入生产-问题与解决方案”这篇文章中，通过阻抗校正实现了400%的视力改善，仅占互连的1%。1另一种通过阻抗来改善的方法在“用于大型系统性能调优的新SI技术”中展示，其结果是在硬件上测量的性能改进。2
虽然它们很小，但过孔可以显著影响性能。当¼波长的存根潜入系统时，这一点首先变得明显起来。一个通过存根留在¼英寸。厚背板可以完全去除12 Gbps的信号，每个近似3/12(是的，只要用3除以Gbps就得到英寸)。3.虽然存根可能是灾难性的，但随着数据速率的增加，通过阻抗失配也越来越成问题。但是怎样才能更好地理解通孔的阻抗呢?
通过建模进入
几十年前，当我的RF朋友们忙着研究奇异的过孔3D解决方案时，我们会在我们的互连模型中放置0.5 pF电容，并称之为良好的过孔位置。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扩展了传输线概念，以提供相关的精度，如所述“快速、高效和准确:通过与20 GHz相关的模型。”5然而，即使你没有访问一个快速的通过求解器，也有可能获得一个直观的通过阻抗的感觉，如这里所述。如果您想尝试通过求解器，本文末尾提供了一个链接。
建筑阻抗直觉
为了建立我们的直觉，什么通过维度将产生我们想要的阻抗，让我们从更熟悉的微分轨迹开始
图1．的确，过孔的行为有点像痕迹——尽管是在Z维。
图1显示了条带线迹阻抗与宽度、间距和到地平面的距离的关系(x轴表示每个横截面视图的W=S=H1=H2)。有趣的是，所有维度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，增加一个或两个H值将参考平面移动得更远，使迹线更具电感性，从而提高阻抗(Z=√[L/C])。拓宽迹线(W)使迹线更具电容性，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via结构上。
图2
在x轴上通过阻抗绘制差分与普通钻头尺寸的关系。垫块尺寸为钻头+10密耳，圆形反垫块尺寸为钻头+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，与中痕量阻抗范围相比，阻抗范围增加了4倍以上
图1
．这种更宽的范围使得通过阻抗更具挑战性的控制。像迹线一样，我们可以改变通孔的结构来调整它的阻抗。例如，扩大反垫——或将它们连接成椭圆形的“跑道”形状——将参考平面移动得更远(如增加轨迹H
图1
)使过孔管更具感应性，从而提高其阻抗。相反，增加钻头尺寸会使钻筒变宽(就像增加W线一样)，使其更具电容性，从而降低其阻抗。
同样，通孔的挑战是与更窄的范围相比较的4×+阻抗范围，通过比较可以清楚地看到图1而且图2．由于走线和过孔的结构调整具有相似的尺寸，它们对阻抗也有类似的影响——可能在两个方向上都是5 Ω或10 Ω。因此，很难获得接近100 Ω的16或甚至12 mil过程，因为它们的“自然”(即没有结构修改)阻抗为~70 Ω。因此，很明显，为什么8 mil钻头在世界上越来越受欢迎，有些不愿意走向85Ω阻抗-这是更常见的10 mil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)。你说得对，是3.3。Dk成比例地提高电容，因此反影响阻抗。因此，当我第一次用Dk = 3.0解决10 mil过孔时，我发现它们比预期的更接近100 Ω。常见的Dk值变化50%(3.0到4.5)，Dk确实是一个
重要的考虑因素。当使用微分阻抗时，如图所示图2，如果Dk大于3.3，则阻抗值会降低。同样地，如果Dk小于3.3，阻抗就会变大。例如，Dk的取值范围为3.0 ~ 3.6图2阻抗变化±4 Ω。
我们还应该讨论微分轨迹和通孔间距。随着走线或通孔靠得更近，它们变得更具电容性，因此阻抗降低。而迹阻抗显示为图1可增加~10 Ω通过分离的痕迹，通过阻抗将降低从那些显示图2随着通道越靠越近。然而，由于它们的相关垫层，过油管之间的距离不能超过20密耳，因此很难将阻抗降低超过5 Ω。
此外，请注意，当我们通过28 Gbps NRZ数据速率时，我们需要停止将过孔视为单一阻抗，而是将其视为阻抗在焊盘处下降并在管管内上升的结构。在这个数据速率下，这些元素都在相关的特征大小之内，因此分别建模。6
结论
当你开始着手解决通过阻抗的问题时——同样有更多的工具和测量方法可用——任务将会简化，就像处理痕迹一样。我的目标是给你一个参考点，使通过阻抗实现的任务——从而通过阻抗不连续来消除——不那么令人生畏。想用你的via维度尝试自动求解器吗?下载免费试用的信号完整性工具箱，其中包括一个通过编辑器工具。7
*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。亚马逊有售。
参考文献
1.D. Telian, S. Camerlo, K. Matta等，“将更高的数据速率串行链路引入生产-问题与解决方案”，DesignCon， 2014，第4页。
2.D. Telian, M. Steinberger, B. Katz，“大型系统性能调优的新SI技术”，DesignCon， 2016，第21页。
3.D. Telian，“适应6gbps及以上的信号完整性工具和技术”，SiGuys，CDNLive !，幻灯片1-33,2007，幻灯片5。
4.D. Telian, S. Camerlo, M. Steinberger等，“模拟具有数千个串行链路的大型系统”，DesignCon， 2012，第4页。
5.M. Steinberger, D. Telian, E. Brock，“快速、高效和准确:通过与20 GHz相关的模型，”DesignCon, 2013年。
6.D. Telian，《哪些不连续性小到可以忽略?》信号完整性期刊RSS, 2022年4月，图2．
唐纳德Telian他是一名信号完整性顾问，SiGuys的所有者，以及《信号完整性，在实践中》一书的作者，该书目前可在亚马逊上购买。他在信号完整性工作了40年。
