什么是背板？
背板可以用于將多個(gè)設(shè)備、模塊或電路板連接在一起，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸、信號(hào)傳輸和控制功能。背板通常具有多個(gè)連接器，可以插入不同的模塊或電路板，并通過高速信號(hào)線或光纖進(jìn)行連接。
CompactPCI 背板
背板可以提供高帶寬、低延遲、可靠的連接，廣泛應(yīng)用于通信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域。
考慮到背板要承受高頻率、大容量的高速信號(hào)傳輸，因此背板PCB在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到電氣性能、機(jī)械性能、可靠性、散熱性能等多個(gè)方面，在制造時(shí)需要使用高性能的材料，采用高精度的加工工藝，以保證背板PCB能夠達(dá)到性能要求并且工作穩(wěn)定。
背板的板材選型及疊構(gòu)設(shè)計(jì)
背板的板材選型
背板通常采用FR4-TG170級(jí)別以上的板材，與一般的FR4-TG130相比，玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度更高，耐燃性更好，通常選取介電常數(shù)ε(Dk)不大于4.4的板材，以減少信號(hào)間的串?dāng)_。
高速板材選型
背板的疊層設(shè)計(jì)
大電流背板的疊層設(shè)計(jì)
有些背板除了需要考慮多種類型的型號(hào)線走線之外，還承載著給各個(gè)業(yè)務(wù)板卡供電的功能。比如OpenVPX 背板，需要承載多種電壓的總電流高達(dá)100A。
此時(shí)需要使用多個(gè)電源平面來滿足電流的需求，可以選擇使用分段策略，在同一層內(nèi)將電源平面與與高速信號(hào)線區(qū)域分開布線，如下圖所示。
如果PCB的層數(shù)允許，使用地平面將各個(gè)電源層隔開，在保證信號(hào)線有良好參考平面的同時(shí)，能夠保障整個(gè)PCB具有良好的屏蔽性。
背板的關(guān)鍵信號(hào)走線
背板存在3類信號(hào)線：時(shí)鐘總線、管理總線和高速信號(hào)線。
時(shí)鐘總線
時(shí)鐘總線信號(hào)均為差分信號(hào)，如M-LVDS電平的多點(diǎn)低電壓差分信號(hào)，可以使多個(gè)驅(qū)動(dòng)器或接收器共享同一個(gè)物理鏈路，時(shí)鐘總線設(shè)計(jì)遵循以下原則 ：
時(shí)鐘總線源端及末端就近擺放100Ω端接電阻，最大限度地吸收反射信號(hào)。
時(shí)鐘總線的走線長(zhǎng)度不能超過芯片的驅(qū)動(dòng)能力。
時(shí)鐘總線經(jīng)過的過孔盡量不要超過 2 個(gè)，減少過孔帶來的寄生電容，過孔附近就近打接地過孔，為交流信號(hào)提供最短的回流路徑，每個(gè)過孔的出現(xiàn)都會(huì)使信號(hào)阻抗出現(xiàn)不連續(xù)的現(xiàn)象。
時(shí)鐘總線間距需采取3W原則，最大程度地減少信號(hào)間的串?dāng)_。
總線的走線需伴隨有完整的參考平面，保證總線信號(hào)回流路徑最短，同時(shí)特征阻抗不會(huì)發(fā)生突變。
差分線的特征阻抗為100Ω。
管理總線
管理總線信號(hào)均為單端信號(hào)，物理接口形式為I2C，管理總線設(shè)計(jì)遵循以下原則：
管理總線源端及末端采用就近端接上拉4.7K電阻，提高總線的驅(qū)動(dòng)能力并吸收一部分反射。
管理總線的走線長(zhǎng)度不能超過芯片的驅(qū)動(dòng)能力。
單端信號(hào)線的特征阻抗設(shè)計(jì)為65Ω。
高速信號(hào)線
高速信號(hào)線主要是業(yè)務(wù)板和交換板之間的數(shù)據(jù)交換總線和友鄰業(yè)務(wù)板之間的數(shù)據(jù)總線，均為高速差分信號(hào)線，高速信號(hào)線遵循以下設(shè)計(jì)原則：
差分線經(jīng)過的過孔盡量不要超過 2個(gè)，減少由過孔帶來的寄生電容，并在過孔附近就近打接地過孔，為交流信號(hào)提供最短的回流路徑。
差分線需和其他網(wǎng)絡(luò)間距采取3W原則，最大程度減少串?dāng)_。
差分線的走線需伴隨完整的參考平面，保證總線信號(hào)回流路徑最短及特征阻抗不發(fā)生突變。
差分線對(duì)采用嚴(yán)格等長(zhǎng)的走線方式，保證差分線對(duì)內(nèi)信號(hào)時(shí)序穩(wěn)定。
差分線的特征阻抗設(shè)計(jì)為100Ω。
隨著電子封裝、元件和系統(tǒng)向微型化、高密度的方向發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸速率的要求越來越高，連接器逐漸向微間距，多排插針，高密度的方向發(fā)展。普通的焊接型連接器已無法滿足設(shè)計(jì)要求，逐漸被壓接型連接器所替代。壓接連接的失效率要比普通電烙鐵焊接（無熱沖擊、熱損傷）低一個(gè)數(shù)量級(jí)。
壓接工藝是在常溫下將柔性或硬性插針與印制板金屬化孔配合而形成的一種連接，依靠金屬之間的相互作用，在插針與金屬化孔之間形成類似于原子熔融狀態(tài)的緊密接觸，實(shí)現(xiàn)連接器和印制板導(dǎo)線之間機(jī)械和電氣連接。
過孔背鉆
當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)好背板，在機(jī)箱里面和業(yè)務(wù)板跑業(yè)務(wù)測(cè)試出現(xiàn)速率跑不上去或者更嚴(yán)重的丟包問題時(shí)，我們往往會(huì)關(guān)注業(yè)務(wù)板與背板之間的連接器，導(dǎo)致阻抗不連續(xù)，出現(xiàn)信號(hào)完整性問題。但大多時(shí)候，阻抗的不連續(xù)實(shí)際源自過孔。
電鍍通孔(PTH)會(huì)讓給高速信號(hào)帶來抖動(dòng)、衰減，產(chǎn)生更高的誤碼率。信號(hào)速率越高，電鍍通孔(PTH)帶來的信號(hào)失真越大。PTH過孔在6.25Gb/s時(shí)的失真通常比在3.125Gb/s時(shí)產(chǎn)生的失真大兩倍以上。
過孔殘樁帶來的信號(hào)失真
背鉆已被廣泛認(rèn)為是把過孔對(duì)信號(hào)衰減降到最低程度簡(jiǎn)單而有效的方法。背鉆又被稱為定深鉆孔，采用數(shù)控鉆孔設(shè)備，通過清除過孔殘段（Stub）。
背鉆使用的鉆頭直徑一般比過孔大大8mil，以便移除不需要的導(dǎo)體殘段。為了保證背鉆不會(huì)穿透附近的走線和平面，過孔附近的走線和平面到背鉆孔對(duì)應(yīng)層的間距應(yīng)該在10mil以上。
背鉆橫截面示意圖
完成背鉆的背板PCB-明陽(yáng)電路
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