28 Gb/s Ground Vias

I have some differential data channels running at 28 Gb/s that are laid 
out correctly in every way except perhaps one:  The ground vias at a 
connector are about a half wavelength from the signal vias. The signal 
vias are in front of the connector pads, and the ground vias are the 
other side of the connector pads, so the return currents have a longer 
path.  I don't have a 3D field solver, so what is the best way to model 
this discontinuity with a circuit simulator?

Thanks for any advice.


Dennis.Han 4 years 7 months 22 days

2 answers


The best answer


You can select the best answer for current question!
Answered byGert.Havermann 4 years 7 months 22 days
Some circuit simulators might have ways to model this set-up to mimic the 
behavior, but that would also require you to verify that the results are 
correct.
There are simulators available that can do this kind of simulation within 
minutes (plus Modelling time), thus  the best option is to have someone 
simulate it for you. If you think of doing more high speed designs in the 
future, it might be worth purchasing a decent software. The latest Sigrity 
Version is quite fast in that regards, and maybe Yuriy Shlepnev can give you a 
demonstration based on this exact Problem.

Another option would be to draw conclusions based on Cross sections of the via 
area. Draw cross sections of every pair of vias in a radius of at least one 
wavelength radius around the signal vias. Then measure the distance between the 
vias and calculate the percentage of assumed GND Return current (the closer the 
via is to the signal via, the more Return current will flow, 1 wavelength = 
0%). If your GND Return vias are not carrying at least 90% of the Return 
current, then you have a serious Problem. Unfortunately this method doesn't 
tell you details about frequency dependency, Resonances, or EMI, so it is a lot 
of work that just results in a better gut-feeling.

BR
Gert


Answered byjosiah.bartlett 4 years 7 months 22 days
This is a pretty difficult thing to simulate without a 3D field solver unless 
you have a prototype that you can measure the portion of the line that goes 
through the connector and vias, and represent that as an S parameter block or a 
coupled line model. You will need to either measure the 4 port S parameters of 
the block and deembed them to the part of the circuit you need to represent, or 
TDR/TDT the signal and build a coupled transmission line model from it. You 
will need to account for both the even and odd mode propagation through the 
discontinuity to account for the ground return current, which gets pretty 
darned ugly when the vias are that far away. Honestly, even simulation is 
difficult in this case unless you build in good material properties and account 
for the manufacturing variations in both the etching and the via dimensions.
Best Wishes,
Josiah Bartlett
-----Original Message-----
From: si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On 
Behalf Of Dennis Han
Sent: Monday, February 22, 2016 3:58 PM
To: si-list@xxxxxxxxxxxxx
Subject: [SI-LIST] 28 Gb/s Ground Vias

I have some differential data channels running at 28 Gb/s that are laid out 
correctly in every way except perhaps one:  The ground vias at a connector are 
about a half wavelength from the signal vias. The signal vias are in front of 
the connector pads, and the ground vias are the other side of the connector 
pads, so the return currents have a longer path.  I don't have a 3D field 
solver, so what is the best way to model this discontinuity with a circuit 
simulator?

Thanks for any advice.