2011
【摘要/前言】
上接RF白皮书系列中篇 | Via Stubs的影响评估与正确的接地环尺寸，我们初步详细探讨了四个关键领域中的前面2个：通孔的影响与正确的接地环尺寸。今天的主题是剩余2大重要领域的分享。
【何谓错位补偿】
错位是指PCB的所有内层和外层没有完全对准。为高频宽设计端点时，这种顺序的偏移会导致结构的表现与它的设计完全不同。针对错位，有几个需要考虑的面向。第一，错位的确切数量很难提前量化；第二，错位会对测量结果产生方向性影响。例如，图12a显示了一个差分对两支路的TDR。蓝色(最陡峭曲线)显示的那条支路明显有一个电感突波，由参考平面上的间隙相对于过孔到线的调协特性发生偏移引起。
为了更好地理解这一点，请看图12的b和c部分。图12b显示的是PCB的照片，而图12c显示的是同一块电路板的CT图像。图12a中的每个连接器位置都有两个箭头显示，一个是红色(朝左上)，另一个是蓝色(朝右上、左下、右下)。红色箭头表示发生错位的方向。蓝色箭头表示差分线端点在连接器下的方向。在这个特定的例子中，在某些情况下，端点走线方向与错位的方向平行，而在其他情况下，则与错位的方向垂直。图12c中的CT图像用红色(箭头)显示错位方向，以及与错位方向相比从连接器下方端点的四条走线。
将图12中的TDR与照片和CT图像相对照，可以清楚看出当错位与走线出口方向平行时，对TDR的影响要比垂直时大得多。其根本原因是隔离焊盘的大小和通孔到线过渡的形状相对彼此进行调整。当参考平面上的隔离焊盘移动时，孔到线过渡中的讯号所看到的阻抗受到的影响比垂直于线发射方向的错位要强得多。
在图13a绘制许多平行于错位方向的端点走线TDR。另一方面，图13b显示垂直于错位方向的端点走线TDR。显然，平行于错位方向的端点走线阻抗曲线变化明显大于垂直于错位方向的端点走线变化。不仅差分对支路之间的阻抗差异存在问题，从一个差分对到下一个差分对，甚至差分对的一边到另一边的阻抗也不一致，这使得测量时几乎不可能消除这种影响。
了解错位如何影响电气性能的根本原因后，接着说明一些缓解策略。这绝不是一个完整的清单，其他参数也可以调整，以减少制造的敏感性，与合作的PCB制造厂商交谈是了解所有选项的最好方法。
首先，不要用一个圆角矩形的形状来做从通孔到线的转换，而是使用一个锥形的过渡形状。这样，即使参考层中的隔离反焊盘出现错位，阻抗影响也能降到最低。
另外，对差分对的支路或总线的多个通道进行路由时，会希望所有的通道看起来尽可能相同，以相同的方式启动所有的通道。图14中显示了一个差分对的例子。与其以45度的走线将它们组合在一起形成差分对(图14左)，不如将所有通道彼此平行发射(图14右)。一旦它们离开连接器端点区域，轨迹就被收拢至差分对间距。
【正视连接器组装过程所引起的端点性能问题】
到目前为止，已经解决了与端点的设计和制造相关的问题。PCB制作完成后，需要将连接器安装在PCB上。用于连接器的两个主要组装工艺是回流焊接和压迫式安装到PCB上，可以直接或透过某种转接板。本文只讨论压迫式安装。
组装压迫式连接器时，将连接器放在PCB上，而不用压在表面上。然后从PCB的另一侧送入螺丝，并锁入连接器底部的螺丝孔中。连接器资料表中通常有一个扭力规格，说明螺丝需要锁多紧才能确保良好和可靠的接触。在锁紧螺丝时必须要小心，以确保连接器在此过程中不会移动。如果连接器四处移动，有可能破坏连接器端点的着陆垫。
即使在组装连接器的过程中很小心，当螺丝被锁紧到最终位置时，在连接器上的力道也会导致它们旋转，因而可能发生错位。当使用非常宽的频宽时，即使是小的偏位也会对最终的性能产生重大影响。
一种可用来降低在锁紧连接器时撕下焊盘的风险，并在装配时避免偏位的方法是减少安装连接器的螺丝孔尺寸。螺丝孔的定位存在制造公差，透过将这种位置公差保持在最低限度，并确保孔的尺寸的严格公差，可降低组装连接器的难度，几乎无须移动连接器，即可找到正确位置。不过，要获得这种精度，还需要几个额外步骤。
如图15所示，连接器安装孔的位置公差被指定为严格。为了获得更严格的公差，钻孔时使用光学检测来完成该步骤定位连接器的着陆焊盘，接着根据该位置拾取钻孔位置。如此一来，每个连接器的安装孔都是相对于该特定位置的铜特征来钻孔。在X和Y轴上约束孔的位置十分重要，仅仅沿连接安装孔位置和中心针位置的轴约束位置并不够。此外还规定了螺钉孔尺寸的严格公差，减少螺丝孔的间隙，限制螺丝可移动的空间，最大限度地减少在锁紧安装螺钉过程中连接器旋转的机会。
Samtec连接器的一个附加功能在组装过程中非常有用，它是在压迫安装连接器的脚上铣出的槽口，示例如图16所示。
如果定义铜特征以匹配这些槽口的位置，则在组装过程中检查组装连接器的位置精度并在需要时进行微调变得非常容易，这在组装仅连接至带状线的压迫安装连接器时特别有用。在这种情况下，连接器底部没有凹槽来验证连接器的位置精度，使得凹槽变得非常宝贵。另一个好处是，由于凹槽与印刷电路板上的铜特征对齐，安装孔位置和焊盘位置之间的任何偏移都很容易察觉，消除对组装效应是否对后续测量产生不利影响的任何疑问。
【留心设计注意事项，与PCB厂密切合作】
本文的目的是要说明即使在PCB中包含通孔，也可以实现非常宽带宽的RF端点，这并不意味着它是微不足道的，必须同时考虑和平衡很多相互竞争的要求，无论是电气、机械、制造还是成本。这里详细阐述了一些最重要的设计注意事项，欲优化这些因素需要与PCB厂合作，以了解制造限制。最终，在许多情况下，要达到90~100GHz的频宽，需要突破现今的制造极限。在设计过程初始就了解这些限制，对实现高性能的端点帮助很大。
【Samtec解决方案】
Samtec凭借多年的创新，为广大客户提供阵容庞大的RF产品体系，使客户在选用Samtec产品时更得心应手。我们按照六大模块提供广泛的产品解决方案，包括高速板对板、高速线缆、光学器件、射频、微型加固和灵活堆叠，支持任何互联需求——无论应用、性能要求或环境如何。
“整个系列原文刊登于2022年11月的新通讯期刊中及其网站：《连接器组装/走线/钻孔攸关性能，宽带RF电路板端点设计眉角多》”
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