在一个高速印刷电路板 （PCB） 中，通孔在下降信号完整性功能方面一向饱尝诟病。但是，过孔的运用是不可避免的。在规范的电路板上，元器件被放置在顶层，而差分对的走线在内层。内层的电磁辐射和对与对之间的串扰较低。有必要运用过孔将电路板平面上的组件与内层相连。
走运的是，可规划出一种通明的过孔来最大极限地削减对功能的影响。
1. 过孔结构的基础知识
让咱们从查看简略过孔中将顶部传输线与内层相连的元件开端。图1是显现过孔结构的3D图。有四个根本元件：信号过孔、过孔残桩、过孔焊盘和阻隔盘。
过孔是镀在电路板顶层与底层之间的通孔外的金属圆柱体。信号过孔衔接不同层上的传输线。过孔残桩是过孔上未运用的部分。过孔焊盘是圆环状垫片，它们将过孔衔接至顶部或内部传输线。阻隔盘是每个电源或接地层内的环形空地，以避免到电源和接地层的短路。
图1：单个过孔的3D图
2. 过孔元件的电气特点
如表格1所示，咱们来细心看一看每个过孔元件的电气特点。
表1：图1中显现的过孔元件的电气特点
一个简略过孔是一系列的π型网络，它由两个相邻层内构成的电容–电感-电容 （C-L-C） 元件组成。表格2显现的是过孔尺度的影响。
表2：过孔尺度的直观影响
经过平衡电感与寄生电容的巨细，能够规划出与传输线具有相同特性阻抗的过孔，然后变得不会对电路板运转发生特别的影响。还没有简略的公式能够在过孔尺度与C和L元件之间进行转化。3D电磁 （EM） 场解算程序能够依据PCB布局布线中运用的尺度来猜测结构阻抗。经过重复调整结构尺度和运转3D仿真，可优化过孔尺度，来完成所需阻抗和带宽要求。
3. 规划一个通明的差分过孔
咱们曾在之前的帖子中讨论过，在完成差分对时，线路A与线路B之间有必要高度对称。这些对在同一层内走线，假如需求一个过孔，有必要在两条线路的接近方位上打孔。因为差分对的两个过孔间隔很近，两个过孔共用的一个椭圆形阻隔盘能够削减寄生电容，而不是运用两个独自的阻隔盘。接地过孔也被放置在每个过孔的周围，这样的话，它们就能够为A和B过孔供给接地回来途径。
图2显现的是一个地-信号-信号-地 （GSSG） 差分过孔结构示例。两个相邻过孔间的间隔被称为过孔间隔。过孔间隔越小，互耦合电容越多。
图2：运用反面钻孔的GSSG差分过孔
不要忘掉，在传输速率超越10Gbps时，过孔残桩会严重影响高速信号完整性。走运的是，有一种反面钻孔PCB制作工艺，此工艺能够在未运用的过孔圆柱上钻孔。依据制作工艺公役的不同，反面钻孔去除了未运用的过孔金属，并最大极限地将过孔残桩削减到10mil以下。
3D EM仿真器用来依据所需的阻抗和带宽来规划差分过孔。这是一个重复的进程。此进程重复地调整过孔尺度，并运转EM仿真，直到完成所需的阻抗和带宽。
4. 怎么验证功能
图2中显现的差分过孔规划已构建结束并经测验。测验样片包含顶层的一对差分线，之后是到内部差分线的差分过孔，然后第二对差分过孔再次衔接至顶层的球状引脚栅格阵列封装 （BGA） 接地焊盘。信号途径的总长度大约为1330mil。我用差分时域反射仪 （TDR） 测得其差分阻抗，用网络分析仪测得了带宽，并用高速示波器丈量了数据眼图来了解其对信号的影响。图3，4，5别离显现了阻抗、带宽和眼图。左图是运用反面钻孔时的测验成果，而右图是无反面钻孔的测验成果。在图5中的带宽波特图中，咱们能够很清楚地看到反面钻孔关于在数据速率大于10Gbps 的情况下完成高功能是必不可少的。
运用反面钻孔，ZDIFF大约为85？ 无反面钻孔，ZDIFF大约为58？
图3：TDR阻抗波特图
12.5GHz时的插入损耗大约为3dB 12.5GHz时的插入损耗大于8dB
图4：频率响应
运用反面钻孔时，数据眼是翻开的 无反面钻孔时，数据眼是封闭的
图5:25Gbps时的数据眼图
TI具有丰厚的高速信号调度集成电路 （IC）产品库，比如reTImer和redriver。它们有助于减轻和缓解一切类型差分对的缺点和高插入损耗，然后完成先进体系中的牢靠数据通信并扩展传输间隔。
