内容摘要：压接型的高速差分连接器的数据传输速度，往往被在端接处不用的通孔部分所引起的短桩效应所局限。本文将针对如何在差分高速连接器应用上施行反钻提供一个切实的解决方案。 高速互连的解决方案ERNI 的ERmet ZD 连接器是一款压接的高速连接器，是专门设计用于差分信号传输，且每对信号都被一个特别的L形金属片所屏蔽。信号针和...

    压接型的高速差分连接器的数据传输速度，往往被在端接处不用的通孔部分所引起的短桩效应所局限。通过反钻，ERmet ZD的传输速率可以从6 Gbps 提高到 10 Gbps。本文将针对如何在差分高速连接器应用上施行反钻提供一个切实的解决方案。

ERmet ZD ? 高速互连的解决方案
    ERNI 的ERmet ZD 连接器一款压接的高速连接器，是专门设计用于差分信号传输，且每对信号都被一个特别的L形金属片所屏蔽。信号针和端子的结构都已最小化并优化以减少不连贯性。信号列之间则刻意留出宽敞的2.5毫米距离以提供信号对间的隔离和最佳的反焊盘/走线宽组合。够宽的走线不仅减少了趋肤效应损耗，还提供了更大的反焊盘，从而进一步降低了焊盘间的电容。此外，也提供了在信号列间排布2对差分信号以增加布线密度并减少所需的电路板层数。上述先进的设计理念，使得ERmet ZD高速连接器可以传输高达6 Gbps的数据而无需任何有源元件的帮助。

瓶颈
     理想上，一个电子连接器应该对互连系统产生最小的影响。换句话说，当线路穿过连接器时对系统不产生任何影响，整个系统照常运作。然而，样理想的连接器在现实中并不存在。事实上，每个连接器都会对系统产生各种各样的影响。通常连接器的接口处信号最不连贯，连接器和所需的通孔是波导变化最突然的结构。不连贯性也导致了传感波的反射，从而产生驻波。因此连接器成为整个系统的瓶颈。

     集成电路技术在实现高速数据传输方面已经取得了极大的进展，因此如何互连高度整合的子系统成为设计未来系统的一个关键因素。

     目前，表面贴（SMT）在背板系统的端接中并不是最佳选择，因为很难确保大块热质的背板能够均一地受热焊接。绝大多数的背板连接器采用的是压接端接，因为其接口可靠性和可在密集的大型背板上修复单个损坏针的能力都是经过实践证明的。

短桩效应及其机理
     然而，和所有装配到电路板镀通孔上的压接连接器一样，镀通孔会起到寄生元件或传输线不连贯性的作用。为了弥补此缺陷，必须将最关键的走线布在最靠近电路板底部表面。另外一个解决方案则是反钻通孔管以减少通孔根，从而达到减弱镀通孔谐振的目的。

     此谐振现象在信号发射的术语中被称为“短桩效应”。当走线由通孔进入电路板顶层再沿着第二层穿出通孔，就在板上形成了一段未使用的通孔，这段未使用的通孔如同未终结的通孔根。

     当信号进入这类的通孔并走线至阻抗相当的带状线层时，部分信号会继续传输到未使用的通孔，这些能量到达通孔的末端，将遇到开路，然后反射到源头或转换成辐射。在未使用的通孔部分，反射通常更加强烈，因为通孔内较短的传输路线无法衰减反射，导致其来往反弹多次直至消失。由此形成了谐振效应并有效地降低了阻抗。

影响短桩效应的因素
     何时未使用的通孔会形成一个通孔根，这取决于传输线路上的关键度和信号上升时间。1000 ps的上升时间，关键长度约为37.5毫米，100 ps上升时间则关键长度为3.75毫米，当上升时间减到50 ps时，关键长度则?短至1.9毫米。

     在实际应用中，传输速度为3.125Gbps、板厚度少于5毫米时，通孔的短桩效应还不是很明显。而当速度达到10Gbps时，短桩效应的影响就不得不考虑了。

     因此，背板的厚度成为其中一个主要影响因素，因为它决定了在信号焊盘和板底座之间存留的镀通孔短桩效应的严重性。通孔根有如一个高频过滤器，何种频率被过滤主要取决于通孔根的长度。所以，必须将电路板的厚度控制得越薄越好。

减弱短桩效应的方法
     当频率增加的时候，短桩效应也随之加强，因此有必要将最高速的信号布在短桩效应最低的板层。
将背板通孔“反钻”是目前在背板设计中通用的一种可以减少短桩效应的技术。反钻，也叫做“扩孔”，就是将通孔根或未使用部分的镀通孔长度钻除。反钻时，可以根据通孔根的个别长度调整每个通孔的打钻深度。然而总会有一些残留的通孔根。通过?短通孔的长度，电路板的电性表现变薄，因此反钻有效地减少了镀通孔的电容效应。

     其他控制通孔短桩效应的技术包括采用盲孔或埋孔。盲孔不穿透整个层叠，埋孔则整个镶嵌在电路板上但不暴露于电路板的顶层和底层。这些通孔由一系列层叠板按序形成，以达到所需的通孔转换配置。盲孔的制造成本比反钻更贵，埋孔则仅能用于表面贴连接器。对于压接连接器，在镀通孔上反钻是唯一可行的解决方案。

反钻的实际操作指南
     反钻是PCB制造过程的一个额外步骤，也自然提高了成本，其成本的提高通常占`整个PCB生产成本的5 -10%。反钻是一项次级钻孔操作，在标准镀通孔上去除信号走线下层未使用的通孔。

     反钻的镀通孔有许多优点。因为部分的镀层被钻除了，电容和通孔根都相应减少。反钻的布线尽管没有微通孔或盲孔有效，但它提供了和盲孔相当的电性能而其制造成本却更低。压接型连接器需要至少2.5毫米的镀孔管长度，显然这项技术大大降低了通孔的电容。

反钻在PCB板的制造过程
     在多层PCB上施行反钻，其流程和标准的PCB生产流程相似。在上阻焊膜之前、电镀和蚀刻完成之后须进行次级反钻。通常用带有钻深控制的CNC钻孔设备来操作，并可实现过程自动化。

反钻直径
     反钻的一个重要数就是次级钻孔的直径，必须大于一级钻孔直径以确保所有的电镀金属被清除。减小此直径也很重要，以避免走线通道被无谓地减窄导致针脚孔到线的距离的缩短。因为ERmet ZD的PCB钻孔直径为0.70毫米，推荐反钻直径为0.80毫米。选择此直径综合考虑了反钻过程的各种公差以确保所有的电镀金属被清除并将反钻直径保持在最小。

反钻深度
     反钻的应用必须权衡生产成本和电气性能。一个优化的制造过程可以达到3 sigma标称深度0.13毫米的变量。这由两部分组成：机械深度和层次位置。标称深度应在连到最后一层之前保留至少0.2毫米的深度。

     为了降低反钻过程的生产成本，最好将几层组成一区，每个区有一个共同的反钻深度。为了简化生产流程，比较实际的作法是将反钻深度?少至三个区。

反钻选项：带/不带焊盘
     镀通孔上的焊盘会增加通孔的电容，建议将通孔上所有未使用的焊盘都去除。然而，这取决于PCB制造商的能力，通孔也需要一些焊盘将镀管固定在PCB上，因此在?定焊盘的去留前，必须先咨询PCB厂商。

反钻过程的确认
     为了在钻孔过程中测量反钻的深度，需要在PCB上用到一个特殊的反钻试样。反钻试样上有在目标层周围的不同层迹线。迹线的每侧都是一个镀通孔，中心则是反钻孔。当反钻越深时，更多的层就被断开。因为只可能电测量一个线路是否开合，因此需要在到达不可切层(MNC)之前停住。MNC也是信号速度最高的一层，如果在MNC之后停住(MNC+1层)，就有可能损坏MNC层但仍然保持电连接。

长引脚的短桩效应
     短桩效应不只出现在未使用的通孔中，也可能发生在长度超过PCB厚度的引脚上，尤其是在PCB比背板薄很多的子卡应用中。因此ERmet ZD母连接器特地设计成1.8毫米的短引脚以减少短桩效应。ERmet ZD公连接器则有两个不同的引脚长度：1.8毫米和3.7毫米。对于较薄的PCB，切记必须选用短引脚的连接器。

ERmet ZD反钻结果
     通常，ERmet ZD连接器可以用于数据传输速度高达6 Gbps 的应用中。然而，反钻并采用信号调节电路后，可以传输高达10 Gbps 的信号。

     如图2的眼图所示，采用FR4板材和190毫米的布线长度、0.25毫米的线宽，传输10 Gbps的数据时，眼图的张开度相当大。此装置测试时并未采用任何信号调节电路。

结论
    ERmet ZD连接器专门设计用来传输高速差分信号。L形的屏蔽片隔离了每一对差分信号。因此，不仅能够保证出色的信号完整性，还能承受多次的插拔。通过反钻技术的提升后，这一系列的产品已经被实践证明可以传输高达10Gbps的数据