PCB設計阻抗沒法連續該怎麼辦?
發布時間:2019-10-21 責任編輯:xueqi
【導讀】大家都知道阻抗要連續。但是,PCB設計總有阻抗不能連續的時候。怎麼辦?影響特性阻抗的因素有:介電常數、介質厚度、線寬、銅箔厚度。

特性阻抗:又稱“特征阻抗”,它不是直流電阻,屬於長線傳輸中的概念。在高頻範圍內,信號傳輸過程中,信號沿到達的地方,信號線和參考平麵(電源或地平麵)間由於電場的建立,會產生一個瞬間電流。
如果傳輸線是各向同性的,那麼隻要信號在傳輸,就始終存在一個電流I,而如果信號的輸出電壓為V,在信號傳輸過程中,傳輸線就會等效成一個電阻,大小為V/I,把這個等效的電阻稱為傳輸線的特性阻抗Z。
信號在傳輸的過程中,如果傳輸路徑上的特性阻抗發生變化,信號就會在阻抗不連續的結點產生反射。
影響特性阻抗的因素有:介電常數、介質厚度、線寬、銅箔厚度。
【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信號線寬可能達50mils以上,要用漸變線,禁止線寬突變。漸變線如圖所示,過渡部分的線不宜太長。

【2】拐角
RF信號線如果走直角,拐角處的有效線寬會增大,阻抗不連續,引起信號反射。為了減小不連續性,要對拐角進行處理,有兩種方法:切角和圓角。圓弧角的半徑應足夠大,一般來說,要保證:R>3W。如圖右所示。

【3】大焊盤
當50歐細微帶線上有大焊盤時,大焊盤相當於分布電容,破壞了微帶線的特性阻抗連續性。可以同時采取兩種方法改善:首先將微帶線介質變厚,其次將焊盤下方的地平麵挖空,都能減小焊盤的分布電容。如下圖。

【4】過孔
guokongshiduzaidianlubandingcengyudicengzhijiandetongkongwaidejinshuyuanzhuti。xinhaoguokonglianjiebutongcengshangdechuanshuxian。guokongcanzhuangshiguokongshangweishiyongdebufen。guokonghanpanshiyuanhuanzhuangdianpian,tamenjiangguokonglianjiezhidingbuhuoneibuchuanshuxian。gelipanshimeigedianyuanhuojiedicengneidehuanxingkongxi,yifangzhidaodianyuanhejiedicengdeduanlu。

過孔的寄生參數
若經過嚴格的物理理論推導和近似分析,可以把過孔的等效電路模型為一個電感兩端各串聯一個接地電容,如圖1所示。

過孔的等效電路模型
從等效電路模型可知,過孔本身存在對地的寄生電容,假設過孔反焊盤直徑為D2,過孔焊盤的直徑為D1,PCB板的厚度為T,板基材介電常數為ε,則過孔的寄生電容大小近似於:

過孔的寄生電容可以導致信號上升時間延長,傳輸速度減慢,從而惡化信號質量。同樣,過孔同時也存在寄生電感,在高速數字PCB中,寄生電感帶來的危害往往大於寄生電容。
它的寄生串聯電感會削弱旁路電容的貢獻,從而減弱整個電源係統的濾波效用。假設L為過孔的電感,h為過孔的長度,d為中心鑽孔的直徑。過孔近似的寄生電感大小近似於:

過孔是引起RF 通道上阻抗不連續性的重要因素之一,如果信號頻率大於1GHz,就要考慮過孔的影響。
減小過孔阻抗不連續性的常用方法有:采用無盤工藝、選擇出線方式、優化反焊盤直徑等。優化反焊盤直徑是一種最常用的減小阻抗不連續性的方法。由於過孔特性與孔徑、焊盤、反焊盤、層疊結構、出線方式等結構尺寸相關,建議每次設計時都要根據具體情況用HFSS和Optimetrics進行優化仿真。
當采用參數化模型時,建模過程很簡單。在審查時,需要PCB設計人員提供相應的仿真文檔。
過孔的直徑、焊盤直徑、深度、反焊盤,都會帶來變化,造成阻抗不連續性,反射和插入損耗的嚴重程度。
【5】通孔同軸連接器
與(yu)過(guo)孔(kong)結(jie)構(gou)類(lei)似(si),通(tong)孔(kong)同(tong)軸(zhou)連(lian)接(jie)器(qi)也(ye)存(cun)在(zai)阻(zu)抗(kang)不(bu)連(lian)續(xu)性(xing),所(suo)以(yi)解(jie)決(jue)方(fang)法(fa)與(yu)過(guo)孔(kong)相(xiang)同(tong)。減(jian)小(xiao)通(tong)孔(kong)同(tong)軸(zhou)連(lian)接(jie)器(qi)阻(zu)抗(kang)不(bu)連(lian)續(xu)性(xing)的(de)常(chang)用(yong)方(fang)法(fa)同(tong)樣(yang)是(shi):采用無盤工藝、合適的出線方式、優化反焊盤直徑。
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