PCB设计阻抗不连续怎么办?

标签:PCB阻抗
分享到:

本文来自网络

1

作为PCB设计工程师,大家都知道阻抗要连续。但是,正如罗永浩所说“人生总有几次踩到大便的时候”,PCB设计也总有阻抗不能连续的时候,这时候该怎么办呢?

关于阻抗

先来澄清几个概念,我们经常会看到阻抗、特性阻抗、瞬时阻抗。严格来讲,他们是有区别的,但是万变不离其宗,它们仍然是阻抗的基本定义:

a)将传输线始端的输入阻抗简称为阻抗;
b)将信号随时遇到的及时阻抗称为瞬时阻抗;
c)如果传输线具有恒定不变的瞬时阻抗,就称之为传输线的特性阻抗。
特性阻抗描述了信号沿传输线传播时所受到的瞬态阻抗,这是影响传输线电路中信号完整性的一个主要因素。

如果没有特殊说明,一般用特性阻抗来统称传输线阻抗。影响特性阻抗的因素有:介电常数、介质厚度、线宽、铜箔厚度。

2

什么是阻抗连续

阻抗连续类似:

水在一条均匀的水沟里稳定的流动,突然水沟来个转折并且加宽了。

那么水在拐弯的地方就会晃动,并且产生水波传播。

这就是阻抗不匹配导致的结果。

阻抗不连续解决方法

1. 渐变线

一些RF器件封装较小,SMD焊盘宽度可能小至12mils,而RF信号线宽可能达50mils以上,要用渐变线,禁止线宽突变。渐变线如图所示,过渡部分的线不宜太长。

3

2. 拐角

RF信号线如果走直角,拐角处的有效线宽会增大,阻抗不连续,引起信号反射。为了减小不连续性,要对拐角进行处理,有两种方法:切角和圆角。圆弧角的半径应足够大,一般来说,要保证:R>3W。如图右所示。

4

3. 大焊盘

当50欧细微带线上有大焊盘时,大焊盘相当于分布电容,破坏了微带线的特性阻抗连续性。可以同时采取两种方法改善:首先将微带线介质变厚,其次将焊盘下方的地平面挖空,都能减小焊盘的分布电容。如下图。

5

4. 过孔

过孔是镀在电路板顶层与底层之间的通孔外的金属圆柱体。信号过孔连接不同层上的传输线。过孔残桩是过孔上未使用的部分。过孔焊盘是圆环状垫片,它们将过孔连接至顶部或内部传输线。隔离盘是每个电源或接地层内的环形空隙,以防止到电源和接地层的短路。

6

过孔的寄生参数

若经过严格的物理理论推导和近似分析,可以把过孔的等效电路模型为一个电感两端各串联一个接地电容,如下图所示。

7

过孔的等效电路模型

从等效电路模型可知,过孔本身存在对地的寄生电容,假设过孔反焊盘直径为D2,过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T,板基材介电常数为ε,则过孔的寄生电容大小近似于:

8

过孔的寄生电容可以导致信号上升时间延长,传输速度减慢,从而恶化信号质量。同样,过孔同时也存在寄生电感,在高速数字PCB中,寄生电感带来的危害往往大于寄生电容。

它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献,从而减弱整个电源系统的滤波效用。假设L为过孔的电感,h为过孔的长度,d为中心钻孔的直径。过孔近似的寄生电感大小近似于:

9

过孔是引起RF通道上阻抗不连续性的重要因素之一,如果信号频率大于1GHz,就要考虑过孔的影响。

减小过孔阻抗不连续性的常用方法有:采用无盘工艺、选择出线方式、优化反焊盘直径等。优化反焊盘直径是一种 常用的减小阻抗不连续性的方法。由于过孔特性与孔径、焊盘、反焊盘、层叠结构、出线方式等结构尺寸相关,建议每次设计时都要根据具体情况用HFSS和Optimetrics进行优化仿真。

当采用参数化模型时,建模过程很简单。在审查时,需要PCB设计人员提供相应的仿真文档。

过孔的直径、焊盘直径、深度、反焊盘,都会带来变化,造成阻抗不连续性,反射和插入损耗的严重程度。

5. 通孔同轴连接器

与过孔结构类似,通孔同轴连接器也存在阻抗不连续性,所以解决方法与过孔相同。减小通孔同轴连接器阻抗不连续性的常用方法同样是:采用无盘工艺、合适的出线方式、优化反焊盘直径。

继续阅读
浅析毫米波频率下PCB线路板材料的玻璃纤维效应

半导体技术的进步促进了毫米波技术的发展,在经济型的汽车上使用77 GHz雷达系统即将成为现实。未来这些雷达安全系统作为量产的商用毫米波设备和组件,不可避免地成为“自动驾驶”汽车的组成部分。

一张图看懂三大运营商2021工作会!全球120家PCB厂商名单

12月21日、27日,中国联通、中国电信、中国移动分别召开2021年工作会议。会议总结2020年各项工作取得成绩,提出2021年工作基调,以及2021年重点工作。

为什么要阻抗匹配?怎么进行阻抗匹配?

为什么要阻抗匹配?怎么进行阻抗匹配? 本篇文章将会为您介绍什么是阻抗、阻抗匹配的理想模型、阻抗匹配的方法以及Smith圆图在RF匹配电路调试中的应用四个方面。

评估面向5G应用的PCB板电镀通孔性能

5G无线网络因覆盖了较宽的频带,对工作于毫米波频率下5G电路的线路板材料提出了特殊的要求。本文探讨了用于PCB材料顶层铜箔与底层铜箔之间传输信号的金属化过孔内壁的表面粗糙度对材料的最终射频性能的影响。

一种快速估算PCB走线电阻的方法:方块统计

我们通常需要快速地估计出印刷电路板上一根走线或一个平面的电阻值,而不是进行冗繁的计算。 虽然现在已有可用的印刷电路板布局与信号完整性计算程序,可以精确地计算出走线的电阻,但在设计过程中,我们有时候还是希望采取快速粗略的估计方式。 有一种能轻而易举地完成这一任务的方法,叫做“方块统计”。采用这种方法,几秒钟就可精确估计出任何几何形状走线的电阻值(精度约为10%)。 一旦掌握了这种方法,就可将需要估算的印刷电路板面积划分为几个方块,统计所有方块的数量后,就可估算出整个走线或平面的电阻值。