Allez-y rétro-percé, ou comment réduire les distorsions de signal sur votre PCB

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Au fil des années, les ingénieurs ont mis au point plusieurs approches pour traiter les bruits qui peuvent déformer les signaux numériques à haute vitesse dans les conceptions de PCB avec rétro-perçage. Et au fur et à mesure que nos conceptions repoussent de nouvelles limites, la complexité de nos techniques pour faire face à de nouveaux défis y contribue aussi. Aujourd'hui, la vitesse des systèmes de conception numérique est dans les GHz, une vitesse qui crée des défis plus importants que par le passé. Et avec des débits de front dans les picosecondes, toute discontinuité d'impédance, perturbation de l'inductance ou de la capacité peut nuire à l'intégrité et à la qualité du signal. Bien qu'il existe diverses sources qui peuvent causer des perturbations du signal, une source particulière, parfois négligée, est le via.

Les dangers cachés dans les simples vias

Les signaux vias, dans les interconnexions à haute densité (HDI), les cartes imprimées avec un nombre de couches élevé et les plans arrières/plans médians épais, peuvent souffrir de secousses et d'atténuation accrues, et de taux d'erreur sur les bits (BER) supérieurs, entraînant une mauvaise interprétation des données côté réception.

Prenons par exemple les plans arrières et les cartes filles. Lorsqu'il s'agit de discontinuités d'impédance, l'accent est souvent mis sur les connecteurs entre ces cartes et la carte mère.  En général, ces connecteurs sont très bien adaptés en termes d'impédance, et la source réelle de discontinuité est constituée par les vias de la conception du PCB.

Au fur et à mesure que les débits de données augmentent, la quantité de distorsion introduite par les trous traversants (PTH) via les structures augmente également (généralement à un taux exponentiel considérablement plus élevé que l'augmentation associée du débit des données). Par exemple, la distorsion produisant les effets d'une PTH via à un débit de données de 6,25 Gb/s est souvent plus du double de celle à 3,125 Gb/s.

La présence d’embouts inutiles en bas et en haut qui s'étendent au-delà de leur dernière couche connectée fait apparaître les vias comme des discontinuités à faible impédance. Une façon pour les ingénieurs de surmonter la capacité supplémentaire de ces vias est de minimiser leur longueur et donc de réduire leur impédance. C'est là qu'intervient le rétro-perçage.

 
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Distorsion du signal tronqué avec un long via[1]

Ne prenez pas de risque, utilisez le rétro-perçage

Le rétro-perçage a toujours été une méthode largement acceptée, simple et efficace pour minimiser la dégradation du signal du canal en supprimant les embouts des vias. Cette technique est connue sous le nom de perçage à profondeur contrôlée qui utilise un équipement de perçage conventionnel à commande numérique (CN). Et cette technique peut s'appliquer à n'importe quel type de carte, pas seulement aux cartes-mères épaisses comme les plans arrières.

Le procédé de rétro-perçage implique l'utilisation d'un foret d'un diamètre légèrement plus grand que celui utilisé pour créer le trou de passage d'origine afin d'enlever les embouts conducteurs inutiles. Ce foret est habituellement de 8 mils de plus que la taille du premier foret, mais de nombreux fabricants peuvent répondre à des spécifications plus strictes.  

Il ne faut pas oublier que les dégagements de trace et de plan doivent être suffisamment importants pour que la procédure de rétro-perçage ne perce pas les traces et les plans proches du via. Pour éviter de percer des traces et des plans, il est recommandé d'avoir un jeu de 10 mils.

En général, la diminution de la longueur des embouts des vias en rétro-perçant présente de nombreux avantages, dont les suivants :

  • Réduction de la gigue déterministe de plusieurs ordres de grandeur, ce qui entraîne une baisse du TEB.

  • Réduction de l'atténuation du signal grâce à une meilleure adaptation de l'impédance.

  • Réduction du rayonnement EMI/EMC de l'embout tronquée et augmentation de la bande passante du canal.

  • Réduction de l'excitation des modes de résonance et de la diaphonie via-via.

  • Minimisation de l'impact de la conception et de la topologie avec des coûts de fabrication inférieurs à ceux du laminage séquentiel.

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Section d’un rétro-perçage

Communication de l'intention d’un rétro-perçage

Comme l'utilisation de la technique de rétro-perçage devient de plus en plus fréquente dans les applications d'interconnexion à haute densité et de conception haute vitesse, les problèmes de fiabilité attribués à cette pratique le sont aussi. Parmi les problèmes à l'origine de cette situation, mentionnons l'absence de lignes directrices de conception et de tolérances de fabrication, et la nécessité de s'assurer que l'intention de conception est bien communiquée à la fabrication dans le cadre du dossier de fabrication.

Alors, comment vous assurez-vous que votre fabricant dispose de toutes les informations nécessaires pour percer avec succès tous les trous cibles et les composants PTH sur votre carte ? Et comment faites-vous le suivi des multiples niveaux de spécifications de rétro-perçage tout au long de votre conception ?

Ce dont vous avez besoin, c'est d'un outil de configuration simple et visuel, intégré dans vos règles de conception, qui vous permet de spécifier différentes configurations de rétro-perçage pour les objets sélectionnés. Et après cela, vous pouvez simplement laisser le logiciel faire le travail à votre place en sachant quels vias doivent être rétro-percés. Découvrez à quel point le rétro-perçage est simple avec Altium Designer®.

 

 

About the Author

David Marrakchi

David currently serves as a Sr. Technical Marketing Engineer at Altium and is responsible for managing the development of technical marketing materials for all Altium products. He also works closely with our marketing, sales, and customer support teams to define product strategies including branding, positioning, and messaging. David brings over 15 years of experience in the EDA industry to our team, and he holds an MBA from Colorado State University and a B.S. in Electronics Engineering from Devry Technical Institute.

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