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教你一招:如何處理PCB設(shè)計(jì)阻抗無法連續(xù)的地方?

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發(fā)表于 2021-3-22 11:03:50 | 只看該作者 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
作為pcb設(shè)計(jì)工程師,大家都知道阻抗要連續(xù)。PCB設(shè)計(jì)也總有阻抗不能連續(xù)的時(shí)候,這時(shí)候該怎么辦呢?

關(guān)于阻抗
先來澄清幾個(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)格來講,他們是有區(qū)別的,但是萬變不離其宗,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。

如果沒有特殊說明,一般用特性阻抗來統(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。

阻抗不連續(xù)解決方法
01、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,過渡部分的線不宜太長(zhǎng)。



02、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,一般來說,要保證:R>3W。如圖右所示。



03、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。



04、過孔
過孔是鍍?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(huán)狀墊片,它們將過孔連接至頂部或內(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。



過孔的寄生參數(shù)
若經(jīng)過嚴(yán)格的物理理論推導(dǎo)和近似分析,可以把過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。



過孔的等效電路模型
從等效電路模型可知,過孔本身存在對(duì)地的寄生電容,假設(shè)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(shù)為ε,則過孔的寄生電容大小近似于:



過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為過孔的電感,h為過孔的長(zhǎng)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,就要考慮過孔的影響。

減小過孔阻抗不連續(xù)性的常用方法有:采用無盤工藝、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。

過孔的直徑、焊盤直徑、深度、反焊盤,都會(huì)帶來變化,造成阻抗不連續(xù)性,反射和插入損耗的嚴(yán)重程度。

05、通孔同軸連接器
與過孔結(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:采用無盤工藝、合適的出線方式、優(yōu)化反焊盤直徑。

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發(fā)表于 2021-3-22 11:04:07 | 只看該作者
需要做線路板的可以聯(lián)系我

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發(fā)表于 2021-4-27 08:38:03 | 只看該作者
資料很好,學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)

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發(fā)表于 2021-6-4 11:35:22 | 只看該作者
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發(fā)表于 2021-6-24 18:03:50 | 只看該作者
資料很好,學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)

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