高速PCB一种可以减小串扰的过孔

高速先生成员--姜杰TX、RX分层布线，怎么分才能有效降低串扰？这里有个邪修小妙招，可遇不可求……入门级Layout攻城狮知道高速信号的TX/RX需要分层布线。弱弱问一句：为啥TX与RX要分层布线？众所周知，是为了减少串扰。严谨来讲，TX/RX分层布线的目的是为了减小反向信号之间的串扰，避免TX强信号干扰RX弱信号。想象一下，经过通道衰减，幅值只剩120mV的RX信号，遇上刚刚发出，幅值1200mV的TX信号，你猜谁会比较惨？https://p11-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/4918e47802d24c53b6b2ae1ea2d38600~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2026060309211539AE96A69DA71D9BD878&x-expires=2147483647&x-signature=aMsnPaM2CopChSRfVJK8zbjOs6s%3D

想成为一名进阶攻城狮，光知道TX/RX需要分层布线还不够，你还要知道，BGA不同深度（下文简单区分为内圈、外圈）管脚的布线层面选择也是有讲究的。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/e5ca3a95cb61473ba4fca5ce9e4b507c~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2026060309211539AE96A69DA71D9BD878&x-expires=2147483647&x-signature=ZqRloI76WOvbqwdKGy1WjEVQBoc%3D

目的就是为了减小BGA区域反向信号之间走线穿孔带来的串扰，如下图示，走线和过孔分别属于反向的两对高速信号，圆圈位置的串扰是我们的优化对象。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/6c4f02c9016b4a17b3b365ff286dc5b1~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2026060309211539AE96A69DA71D9BD878&x-expires=2147483647&x-signature=ca7YyKUzY32vsLV1o8fnIjFMYew%3D

如果前期没有规划好，布线层面如下图（注意，是侧视图），BGA内圈管脚的走线穿过了外圈管脚的过孔（圆圈位置），这时的串扰肯定还有优化空间。https://p26-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/25752d0501b740f08f4d4dbc72263d37~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2026060309211539AE96A69DA71D9BD878&x-expires=2147483647&x-signature=dSwfN30vcEZrmI0fwXRDTE1qdSU%3D

随便找个例子，BGA布局在TOP面，内圈走线在L5层，外圈走线在L7层，此时串扰-40.5dB。https://p9-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/dcd74dbe2f6c45c4a846b4c124b2582a~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2026060309211539AE96A69DA71D9BD878&x-expires=2147483647&x-signature=rQK%2Fe7KYAUniGGRG55IxXjk9stU%3D

怎么优化？其实，关于这个问题，高速先生之前有写过文章介绍，需要复习的朋友看这里《TX RX分层，怎么分才对？》简单来说，就是合理规划走线层面并配合使用背钻工艺，整体分两步，第一步，BGA外圈的高速信号管脚走线，选择靠近BGA布局面的走线层，内圈的高速信号管脚走线，选择远离BGA布局面的走线层面；第二步，对外圈的过孔进行背钻（内圈过孔是否需要背钻，看信号自身需求，不是减小串扰的必选项）。对于上面例子提到TOP面布局的BGA，外圈管脚对应的高速信号走线，应该选择靠TOP面的层面，内圈管脚对应的高速信号走线，则选择远离TOP面的布线层。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/546a2db42c954fa486391018536d3867~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2026060309211539AE96A69DA71D9BD878&x-expires=2147483647&x-signature=UuWKbxaRg9l0p0CtI4iG%2BBAVjzg%3D

同样的模型，内圈走线调整至L7层，外圈走线选择L5层，串扰减小至-44.4dB。https://p26-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/c3c9f7f74a484731867de7e6a7b00870~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2026060309211539AE96A69DA71D9BD878&x-expires=2147483647&x-signature=ICpsUQNrCwKGkaIUo%2FvymYc88Ow%3D

知道这些，你已经是一名合格的进阶攻城狮了，离资深攻城狮就只差一个细节了。https://p11-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/22c6da7a8fb048cd99df8e2118b69005~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2026060309211539AE96A69DA71D9BD878&x-expires=2147483647&x-signature=4OPlkeiL6oJNRTx%2B4EO5u%2BZ2YCc%3D

继续研究：外圈走线保持L5层不变，内圈走线由L7调整至L9层，串扰进一步降低至-49.7dB。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/91aa328d5baf47d3b6385b3b2c80b183~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2026060309211539AE96A69DA71D9BD878&x-expires=2147483647&x-signature=GvJjNyKQzIbG2O0OSFNnvZ6z7C4%3D

发现没有，即便对BGA的走线层面已经有意识的按照管脚深度进行了规划，但是，当不同走线层的Z轴间距不够大时，间距变化还是会对串扰有较大影响的，这主要是由于过孔（残桩）的影响（至于电磁场是如何隔空打牛的，大家不妨看看之前的文章《遇事不决，电磁绝学》）。所以，资深攻城狮在规划层面时，还会考虑过孔残桩，有意识的增加Z轴间距，尽量避免内圈走线与外圈过孔（残桩）过近。https://p11-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/1f0ebff987684fbf852b1996dc5a790a~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2026060309211539AE96A69DA71D9BD878&x-expires=2147483647&x-signature=IJo98jMGDix1pAX0Upm3Rzw3hvw%3D

铺垫了这么多，好像还没说到底啥过孔可以减小串扰？别急，重点来了。先看效果，这种过孔可以在不拉开走线层Z轴间距的情况下，大幅减小串扰！直接上图：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/c580c938541d4a87b0add4ed94854aff~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2026060309211539AE96A69DA71D9BD878&x-expires=2147483647&x-signature=9EBrR2P7mXiLujt31X2t70ai0gY%3D

串扰居然可以做到-99dB，什么方法这么好使？https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/3dcdef7de3ce4a98b3860793e358375f~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2026060309211539AE96A69DA71D9BD878&x-expires=2147483647&x-signature=1svSBRidnwqq5HXW6ZnDq4d7uGU%3D

这里就不绕弯子了，直接摊牌，秘诀就在于使用了盲孔。对于通孔加背钻的方式，走线穿孔位置的GND平面是挖空的（下图粉色圆圈区域）；而与通孔相比，盲孔没有残桩，更关键的是，本案例外圈过孔用到的盲孔，与相邻层走线之间的GND平面可以保持完整，这就相当于两个走线层之间有了完整的隔离平面，效果必须杠杠滴。https://p26-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/ca0127837975451aabd735b028847044~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=2026060309211539AE96A69DA71D9BD878&x-expires=2147483647&x-signature=X5A9ozINaVKEu1tAYIdfPHppI2s%3D

不过，盲孔对设计、加工和成本有诸多要求，实际是不太可能单单为了减小串扰就使用的。本文的目的是让大家知道这种方法，万一用得上呢？关于一博：一博科技成立于2003年3月，深圳创业板上市公司，专注于高速PCB设计、SI/PI仿真分析等技术服务，并为研发样机及批量生产提供高品质、短交期的PCB制板与PCBA生产服务。致力于打造一流的硬件创新平台，加快电子产品的硬件创新进程，提升产品质量。一博珠海板厂：位于珠海经济开发区,专注于高端快件，提供高品质的高多层、高速、高精密、HDI等PCB生产制造。聚焦国内高端快件细分市场，致力于推动国内PCB行业的技术进步，尤其是高速、高多层、高复杂PCB产品的快速交付，对应PCB广泛应用于ATE、AI算力、服务器、工控、通信、汽车、医疗设备等领域。