Taladra desde Atrás: Cómo Reducir las Distorsiones de Señal en tu PCB

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A lo largo de los años, los ingenieros han desarrollado varios enfoques para lidiar con los ruidos que pueden distorsionar las señales digitales de alta velocidad en los diseños de PCB con taladro desde atrás. Y a medida que nuestros diseños empujan nuevos límites, también lo hace la complejidad de nuestras técnicas para hacer frente a los nuevos desafíos. Hoy, la velocidad de los sistemas de diseño digital está en GHz, una velocidad que crea desafíos más destacados que el pasado. Y con velocidades de borde en los picosegundos, cualquier discontinuidad de impedancia, perturbación en la inductancia o capacitancia puede afectar negativamente la integridad de la señal y la calidad. Si bien hay varias fuentes que pueden causar perturbaciones de señal, una fuente en particular, a veces pasada por alto, es la vía. 

Peligros ocultos en la vía simple

Las señales Vías, en la interconexión de alta densidad (HDI), las placas impresas con un alto número de capas y los planos posteriores/medios gruesos, pueden sufrir inestabilidad, atenuación y tasas de error de bits (BER) más altas, lo que lleva a que los datos se malinterpreten en el extremo del receptor.

Tomemos, por ejemplo, placas base y tarjetas hijas. Cuando se trata de discontinuidades de impedancia, el enfoque con estas placas es a menudo los conectores entre ellas y la placa base. Por lo general, estos conectores coinciden muy bien en términos de impedancia, y la fuente real de discontinuidad son las vías de diseño de la PCB.

A medida que aumentan las velocidades de datos, la cantidad de distorsión introducida por los agujeros chapados (PTH) a través de las estructuras también aumenta, generalmente a una velocidad exponencial considerablemente más alta que el aumento asociado en la velocidad de datos. Por ejemplo, los efectos de distorsión que produce una PTH a través de una velocidad de datos de 6.25 Gb/s a menudo son más del doble que a 3.125 Gb/s.

La presencia de partes innecesarias en la parte inferior y superior que se extienden más allá de su última capa conectada hace que las vías aparezcan como discontinuidades de baja impedancia. Una manera en que los ingenieros superan la capacidad adicional de estas vías es minimizar sus longitudes y, por lo tanto, reducir su impedancia. Aquí es donde entra en juego la perforación posterior.

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Distorsión larga de la señal del trozo de la vía [1]

Respaldando con Taladro Posterior

La perforación posterior se ha utilizado como un método ampliamente aceptado, simple y efectivo para minimizar la degradación de la señal del canal mediante la eliminación mediante trozos. Esta técnica se conoce como perforación de profundidad controlada que utiliza equipos de perforación controlados numéricamente (NC) convencionales. Y esta técnica se puede aplicar a cualquier tipo de placa, no solo a las gruesas, como los planos posteriores.

El proceso de perforación posterior implica el uso de una broca de diámetro ligeramente mayor que la utilizada para crear el orificio de paso original para eliminar los trozos conductores innecesarios. Esta broca generalmente es de 8 milésimas del tamaño de la broca primaria, pero muchos fabricantes pueden cumplir con especificaciones más estrictas.

Uno tiene que recordar que los espacios libres de trazas y planos deben ser lo suficientemente grandes, por lo que el procedimiento de perforación posterior no perfora trazas y planos cercanos a la vía que se está perforando. Para evitar perforar trazas y planos, se recomienda tener un espacio libre de 10 milésimas de pulgada.

En general, la disminución a través de longitudes de trozos mediante perforación posterior tiene muchas ventajas, que incluyen:

  • Reducción de la inestabilidad determinista en órdenes de magnitud, lo que resulta en una BER más baja.

  • Reducción de la atenuación de la señal debido a una mejor adaptación de impedancia.

  • Reducción de la radiación EMI/EMC desde el extremo corto y aumento del ancho de banda del canal.

  • Reducción del estímulo de modos de resonancia y diafonía entre vías.

  • Minimizando el diseño y el impacto del diseño con menores costes de fabricación que la laminación secuencial.

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Sección Transversal de Perforación   

Comunicando el Intento de Perforación posterior

A medida que el uso de la técnica de perforación posterior se usa con más frecuencia en aplicaciones de interconexión de alta densidad y diseño de alta velocidad, también lo son los problemas de confiabilidad atribuidos a esta práctica. Algunos de los problemas que impulsan esto incluyen la falta de pautas de diseño, tolerancias de fabricación y garantizar que la intención del diseño se comunique bien a la fabricación dentro del paquete de fabricación.

Entonces, ¿cómo se asegura de que tu fabricante tenga toda la información necesaria para perforar con éxito todas las vías de destino y los componentes de PTH en tu placa? ¿Y cómo realizas un seguimiento de los múltiples niveles de especificaciones de perforación posterior en todo tu diseño?

Lo que se necesita es una herramienta de configuración simple y visual, integrada en tus reglas de diseño, que te permita especificar diferentes configuraciones de perforación para los objetos seleccionados. Y después de eso, simplemente puedes dejar que el software haga el trabajo por ti, sabiendo qué vías deben ser taladradas. 

Referencias:

[1] Dudnikov, George y Vladimir Duvanenko. "Tecnología Stub VIA terminada compatible para una mayor transmisión de ancho de banda en tarjetas de línea y planos posteriores". Todas las marcas comerciales y marcas registradas son propiedad de sus respectivos propietarios. Resumen (n.d.): n. pág. Tecnología VIA de terminación coincidente para mayor transmisión de ancho de banda en tarjetas de línea y planos posteriores. Sanmina - SCI, 2008. Web. 9 de septiembre de 2016.

Acerca del autor

David Marrakchi

David currently serves as a Sr. Technical Marketing Engineer at Altium and is responsible for managing the development of technical marketing materials for all Altium products. He also works closely with our marketing, sales, and customer support teams to define product strategies including branding, positioning, and messaging. David brings over 15 years of experience in the EDA industry to our team, and he holds an MBA from Colorado State University and a B.S. in Electronics Engineering from Devry Technical Institute.

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