PCB板廠,設計高頻阻抗電路板有哪些特殊方法?在PCB設計中,總會有阻抗不能連續的時候。 那我現在該怎么辦?
特性阻抗:又稱“特征阻抗”,它不是直流電阻,屬于長線傳輸中的概念。在高頻范圍內,在信號傳輸過程中,信號邊緣到達的地方,信號線與參考平面(電源或地平面)之間由于電場的建立,會產生一瞬時電流。
如果傳輸線是各向同性的,那么只要信號在傳輸,就會一直存在電流I,如果信號的輸出電壓為V,則傳輸線在信號傳輸過程中就會等效成一個電阻,大小為 V/I ,將此等效電阻稱為傳輸線的特性阻抗 Z。
信號在傳輸過程中,如果傳輸路徑上的特征阻抗發生變化,則信號會在阻抗不連續的節點發生反射。
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焊盤寬度可能小到12MILS,而RF信號線寬可能達到50MILS甚至更多。必須使用漸變線,禁止線寬突變。過渡部分的線不宜過長。
[2] 拐角
如果RF信號線走直角,拐角處的有效線寬會增加,阻抗會不連續,造成信號反射。為了減少不連續性,要處理拐角,有兩種方法:切角和圓角。圓弧角的半徑要足夠大,一般來說,保證:R>3W。
【3】大焊盤
當50歐姆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。可以同時采取兩種方法同時改善:首先將微帶線介質變厚,其次是挖空焊盤下方的地平面,可以降低焊盤的分布電容。
【4】過孔
過孔是鍍在電路板頂層和底層之間的通孔外面的金屬圓柱體。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。過孔焊盤是圓環形墊片,隔離盤是每個電源或接地平面中的環形間隙,用于防止電源和接地平面短路。
經過嚴格的物理理論推導和近似分析,過孔的等效電路模型可以是在電感兩端串聯一個接地電容。
從等效電路模型可知,過孔本身存在對地的寄生電容。假設過孔反焊盤的直徑為D2,過孔焊盤的直徑為D1,PCB板的厚度為T,基板的介電常數為ε,則過孔的寄生電容為大約:
過孔的寄生電容會導致信號上升時間延長,傳輸速度減慢,從而降低信號質量。同樣,過孔也有寄生電感。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,從而削弱整個電源系統的濾波效果。假設 L 是過孔的電感,h 是過孔的長度,d 是中心孔的直徑。過孔的近似寄生電感類似于:
過孔是導致RF通道阻抗不連續的重要因素之一。如果信號頻率大于1GHz,則必須考慮過孔的影響。
降低過孔阻抗不連續性的常用方法包括:采用無盤工藝、選擇出線方式、優化反焊盤直徑。優化反焊盤直徑是減少阻抗不連續性的最常用方法之一。由于過孔的特性與孔徑、焊盤、反焊盤、疊層結構、布線方式等結構尺寸有關,建議在每次設計時根據具體情況使用HFSS和Optimetrics進行優化仿真。
使用參數模型時,建模過程很簡單。審核時要求PCB設計人員提供相應的仿真文件。
過孔直徑、焊盤直徑、深度、反焊盤都會帶來變化,導致阻抗不連續性,反射和插入損耗的嚴重程度會受到影響。
【5】通孔同軸連接器
與過孔結構類似,過孔同軸連接器也存在阻抗不連續性,因此解決方法與過孔相同。 降低通孔同軸連接器阻抗不連續性的常用方法還有:采用無盤工藝、合適的出線方式、優化反焊盤直徑等。
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