如何实现BGA封装基板与PCB各层的电气连接

表2 远端串扰比较

由于BGA封装引脚数量有限,并不能无上限地增加地孔数量。在串扰影响和引脚数量的权衡之下,20 GHz以内S G 比1∶2与1∶3区别不大,选择1∶2即可。20 GHz以上时,S G 比1∶3要明显优于1∶2。

2.4 布线层选择与过孔Stub的影响

在重要信号孔周围增加地孔隔离是降低串扰最简单的方法,但是很快就饱和了,而且这样很难达到一个理想的屏蔽。在封装与PCB互连区域,高速差分对之间除了孔?孔的耦合,线?孔、孔?线耦合也都是引起串扰的重要因素。此刻,除了考虑之前的三个方面影响,还应分析和研究布线层以及过孔残桩对串扰的影响。图13的情况,三个差分对分别布在不同层且具有不同过孔Stub长度,信号正交布局,每对差分过孔周围设置6个隔离地孔。图13(a)中3个差分对都布在PCB第10层,靠近底层。图13(b)中两侧的干扰线从第10层移到第3层,且将长Stub背钻59.1 mil。这样两边干扰信号与中间受扰信号之间孔?孔耦合的垂直长度显著减少。图13(c)与图13(b)恰好相反,中间的受扰线布在第3层并且背钻,两边干扰线布在第10 层。图13(d)中间受扰线布在第10层,两边干扰线布在第3层且保留长Stub。

远端串扰的频域比较如图14 所示,与方案(a)相比,方案(b)减小了两边干扰信号过孔的垂直长度,孔?孔耦合减少,而且3对差分线不在同一层,线?线之间耦合也减小了,串扰会有很大改善。由表3 可知,在5~30 GHz频带内,方案(b)比方案(a)远端串扰改善了4~12 dB。方案(c)与(b)的区别在于(c)有多余的孔线耦合,(c)中受扰线放在第3层且背钻,干扰线放在第10层,虽然孔?孔耦合也可以减小,但是两边长长的干扰信号孔会对中间差分线产生孔?线干扰。而方案(b)中,由于干扰信号孔背钻,受扰信号在经过时,并没有长Stub对差分线的干扰。由此,方案(b)的串扰是最小的。如果没有背钻,如方案(d),虽然三对信号差分线不在同一层,但长长的Stub不仅会影响阻抗的连续性,使自身差分信号产生谐振,还会增大相邻差分信号之间的串扰,甚至都不如方案(a)将信号都布置在靠近底层。

如何实现BGA封装基板与PCB各层的电气连接

图14 四种方案远端串扰比较

从时域仿真结果中可以得到与频域同样的分析结果,如图15所示。由表3可知,四种方案的瞬态峰值噪声,方案(b)最小,方案(d)最大。因此,在今后的设计中,为避免过孔长Stub对信号的干扰,差分线应尽量靠近PCB板底层布线,多走内部带状线。几对并行的差分信号可分别布置在不同信号层以降低串扰,但要注意布在浅层的信号过孔一定要背钻。