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PCB設(shè)計(jì)如何解決阻抗不連續(xù)問題?

發(fā)布時(shí)間 :2020-10-23 17:01 閱讀 : 來(lái)源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCB設(shè)計(jì)部
深圳宏力捷電子是一家專業(yè)從事電子產(chǎn)品電路板設(shè)計(jì)(layout布線設(shè)計(jì))的PCB設(shè)計(jì)公司,主要承接多層、高密度的PCB設(shè)計(jì)畫板及電路板設(shè)計(jì)打樣業(yè)務(wù)。接下來(lái)為大家介紹PCB設(shè)計(jì)阻抗不連續(xù)的解決方法。
 
深圳PCB設(shè)計(jì)公司
 

什么是阻抗?

先來(lái)澄清幾個(gè)概念,我們經(jīng)常會(huì)看到阻抗、特性阻抗、瞬時(shí)阻抗。嚴(yán)格來(lái)講,他們是有區(qū)別的,但是萬(wàn)變不離其宗,它們?nèi)匀皇亲杩沟幕径x:
a)將傳輸線始端的輸入阻抗簡(jiǎn)稱為阻抗;
b)將信號(hào)隨時(shí)遇到的及時(shí)阻抗稱為瞬時(shí)阻抗;
c)如果傳輸線具有恒定不變的瞬時(shí)阻抗,就稱之為傳輸線的特性阻抗。
 
特性阻抗描述了信號(hào)沿傳輸線傳播時(shí)所受到的瞬態(tài)阻抗,這是影響傳輸線電路中信號(hào)完整性的一個(gè)主要因素。
 
如果沒有特殊說(shuō)明,一般用特性阻抗來(lái)統(tǒng)稱傳輸線阻抗。影響特性阻抗的因素有:介電常數(shù)、介質(zhì)厚度、線寬、銅箔厚度。
 
什么是阻抗
 
 

什么是阻抗連續(xù)?

阻抗連續(xù)類似:水在一條均勻的水溝里穩(wěn)定的流動(dòng),突然水溝來(lái)個(gè)轉(zhuǎn)折并且加寬了。那么水在拐彎的地方就會(huì)晃動(dòng),并且產(chǎn)生水波傳播。這就是阻抗不匹配導(dǎo)致的結(jié)果。
 
 

PCB設(shè)計(jì)阻抗不連續(xù)解決方法

1. 漸變線
一些RF器件封裝較小,SMD焊盤寬度可能小至12mils,而RF信號(hào)線寬可能達(dá)50mils以上,要用漸變線,禁止線寬突變。漸變線如圖所示,過(guò)渡部分的線不宜太長(zhǎng)。
 
漸變線
 
2. 拐角
RF信號(hào)線如果走直角,拐角處的有效線寬會(huì)增大,阻抗不連續(xù),引起信號(hào)反射。為了減小不連續(xù)性,要對(duì)拐角進(jìn)行處理,有兩種方法:切角和圓角。圓弧角的半徑應(yīng)足夠大,一般來(lái)說(shuō),要保證:R>3W。如下圖所示。
 
拐角
 
3. 大焊盤
當(dāng)50歐細(xì)微帶線上有大焊盤時(shí),大焊盤相當(dāng)于分布電容,破壞了微帶線的特性阻抗連續(xù)性??梢酝瑫r(shí)采取兩種方法改善:首先將微帶線介質(zhì)變厚,其次將焊盤下方的地平面挖空,都能減小焊盤的分布電容。如下圖。
 
大焊盤
 
4. 過(guò)孔
過(guò)孔是鍍?cè)陔娐钒屙攲优c底層之間的通孔外的金屬圓柱體。信號(hào)過(guò)孔連接不同層上的傳輸線。過(guò)孔殘樁是過(guò)孔上未使用的部分。過(guò)孔焊盤是圓環(huán)狀墊片,它們將過(guò)孔連接至頂部或內(nèi)部傳輸線。隔離盤是每個(gè)電源或接地層內(nèi)的環(huán)形空隙,以防止到電源和接地層的短路。

 
過(guò)孔的寄生參數(shù)

過(guò)孔的寄生參數(shù)
 
若經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的物理理論推導(dǎo)和近似分析,可以把過(guò)孔的等效電路模型為一個(gè)電感兩端各串聯(lián)一個(gè)接地電容,如下圖所示。
 
過(guò)孔的等效電路模型
 
過(guò)孔的等效電路模型

 
從等效電路模型可知,過(guò)孔本身存在對(duì)地的寄生電容,假設(shè)過(guò)孔反焊盤直徑為D2,過(guò)孔焊盤的直徑為D1,PCB板的厚度為T,板基材介電常數(shù)為ε,則過(guò)孔的寄生電容大小近似于:
過(guò)孔的寄生電容大小
 
過(guò)孔的寄生電容可以導(dǎo)致信號(hào)上升時(shí)間延長(zhǎng),傳輸速度減慢,從而惡化信號(hào)質(zhì)量。同樣,過(guò)孔同時(shí)也存在寄生電感,在高速數(shù)字PCB中,寄生電感帶來(lái)的危害往往大于寄生電容。
 
它的寄生串聯(lián)電感會(huì)削弱旁路電容的貢獻(xiàn),從而減弱整個(gè)電源系統(tǒng)的濾波效用。假設(shè)L為過(guò)孔的電感,h為過(guò)孔的長(zhǎng)度,d為中心鉆孔的直徑。過(guò)孔近似的寄生電感大小近似于:
 
過(guò)孔近似的寄生電感大小
 
過(guò)孔是引起RF通道上阻抗不連續(xù)性的重要因素之一,如果信號(hào)頻率大于1GHz,就要考慮過(guò)孔的影響。
 
減小過(guò)孔阻抗不連續(xù)性的常用方法有:采用無(wú)盤工藝、選擇出線方式、優(yōu)化反焊盤直徑等。優(yōu)化反焊盤直徑是一種    常用的減小阻抗不連續(xù)性的方法。由于過(guò)孔特性與孔徑、焊盤、反焊盤、層疊結(jié)構(gòu)、出線方式等結(jié)構(gòu)尺寸相關(guān),建議每次設(shè)計(jì)時(shí)都要根據(jù)具體情況用HFSS和Optimetrics進(jìn)行優(yōu)化仿真。
 
當(dāng)采用參數(shù)化模型時(shí),建模過(guò)程很簡(jiǎn)單。在審查時(shí),需要PCB設(shè)計(jì)人員提供相應(yīng)的仿真文檔。
 
過(guò)孔的直徑、焊盤直徑、深度、反焊盤,都會(huì)帶來(lái)變化,造成阻抗不連續(xù)性,反射和插入損耗的嚴(yán)重程度。
 
5. 通孔同軸連接器
與過(guò)孔結(jié)構(gòu)類似,通孔同軸連接器也存在阻抗不連續(xù)性,所以解決方法與過(guò)孔相同。減小通孔同軸連接器阻抗不連續(xù)性的常用方法同樣是:采用無(wú)盤工藝、合適的出線方式、優(yōu)化反焊盤直徑。
 
PCB設(shè)計(jì)打樣
 

深圳宏力捷電子PCB設(shè)計(jì)能力:

最高信號(hào)設(shè)計(jì)速率:10Gbps CML差分信號(hào);
最高PCB設(shè)計(jì)層數(shù):40層;
最小線寬:2.4mil;
最小線間距:2.4mil;
最小BGA PIN 間距:0.4mm;
最小機(jī)械孔直徑:6mil;
最小激光鉆孔直徑:4mil;
最大PIN數(shù)目:;63000+
最大元件數(shù)目:3600;
最多BGA數(shù)目:48+。

電路板設(shè)計(jì)打樣

 

深圳宏力捷電子PCB設(shè)計(jì)服務(wù)流程

1. 客戶提供原理圖咨詢PCB設(shè)計(jì);
2. 根據(jù)原理圖以及客戶設(shè)計(jì)要求評(píng)估報(bào)價(jià);
3. 客戶確認(rèn)報(bào)價(jià),簽訂合同,預(yù)付項(xiàng)目定金;
4. 收到預(yù)付款,安排工程師設(shè)計(jì);
5. 設(shè)計(jì)完成后,提供文件截圖給客戶確認(rèn);
6. 客戶確認(rèn)OK,結(jié)清余款,提供PCB設(shè)計(jì)資料。


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