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    PCB設計如何解決阻抗不連續問題?

    發布時間 :2020-10-23 17:01 閱讀 : 來源 :技術文章責任編輯 :深圳宏力捷PCB設計部
    深圳宏力捷電子是一家專業從事電子產品電路板設計(layout布線設計)的PCB設計公司,主要承接多層、高密度的PCB設計畫板及電路板設計打樣業務。接下來為大家介紹PCB設計阻抗不連續的解決方法。
     
    深圳PCB設計公司
     

    什么是阻抗?

    先來澄清幾個概念,我們經常會看到阻抗、特性阻抗、瞬時阻抗。嚴格來講,他們是有區別的,但是萬變不離其宗,它們仍然是阻抗的基本定義:
    a)將傳輸線始端的輸入阻抗簡稱為阻抗;
    b)將信號隨時遇到的及時阻抗稱為瞬時阻抗;
    c)如果傳輸線具有恒定不變的瞬時阻抗,就稱之為傳輸線的特性阻抗。
     
    特性阻抗描述了信號沿傳輸線傳播時所受到的瞬態阻抗,這是影響傳輸線電路中信號完整性的一個主要因素。
     
    如果沒有特殊說明,一般用特性阻抗來統稱傳輸線阻抗。影響特性阻抗的因素有:介電常數、介質厚度、線寬、銅箔厚度。
     
    什么是阻抗
     
     

    什么是阻抗連續?

    阻抗連續類似:水在一條均勻的水溝里穩定的流動,突然水溝來個轉折并且加寬了。那么水在拐彎的地方就會晃動,并且產生水波傳播。這就是阻抗不匹配導致的結果。
     
     

    PCB設計阻抗不連續解決方法

    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。
     
    漸變線
     
    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。如下圖所示。
     
    拐角
     
    3. 大焊盤
    當50歐細微帶線上有大焊盤時,大焊盤相當于分布電容,破壞了微帶線的特性阻抗連續性??梢酝瑫r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面挖空,都能減小焊盤的分布電容。如下圖。
     
    大焊盤
     
    4. 過孔
    過孔是鍍在電路板頂層與底層之間的通孔外的金屬圓柱體。信號過孔連接不同層上的傳輸線。過孔殘樁是過孔上未使用的部分。過孔焊盤是圓環狀墊片,它們將過孔連接至頂部或內部傳輸線。隔離盤是每個電源或接地層內的環形空隙,以防止到電源和接地層的短路。

     
    過孔的寄生參數

    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,如下圖所示。
     
    過孔的等效電路模型
     
    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于:
    過孔的寄生電容大小
     
    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于寄生電容。
     
    它的寄生串聯電感會削弱旁路電容的貢獻,從而減弱整個電源系統的濾波效用。假設L為過孔的電感,h為過孔的長度,d為中心鉆孔的直徑。過孔近似的寄生電感大小近似于:
     
    過孔近似的寄生電感大小
     
    過孔是引起RF通道上阻抗不連續性的重要因素之一,如果信號頻率大于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    常用的減小阻抗不連續性的方法。由于過孔特性與孔徑、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
    與過孔結構類似,通孔同軸連接器也存在阻抗不連續性,所以解決方法與過孔相同。減小通孔同軸連接器阻抗不連續性的常用方法同樣是:采用無盤工藝、合適的出線方式、優化反焊盤直徑。
     
    PCB設計打樣
     

    深圳宏力捷電子PCB設計能力:

    最高信號設計速率:10Gbps CML差分信號;
    最高PCB設計層數:40層;
    最小線寬:2.4mil;
    最小線間距:2.4mil;
    最小BGA PIN 間距:0.4mm;
    最小機械孔直徑:6mil;
    最小激光鉆孔直徑:4mil;
    最大PIN數目:;63000+
    最大元件數目:3600;
    最多BGA數目:48+。

    電路板設計打樣

     

    深圳宏力捷電子PCB設計服務流程

    1. 客戶提供原理圖咨詢PCB設計;
    2. 根據原理圖以及客戶設計要求評估報價;
    3. 客戶確認報價,簽訂合同,預付項目定金;
    4. 收到預付款,安排工程師設計;
    5. 設計完成后,提供文件截圖給客戶確認;
    6. 客戶確認OK,結清余款,提供PCB設計資料。


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