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Leiterplattendesign hat immer Impedanzkonstinuität, wie man es löst
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Leiterplattendesign hat immer Impedanzkonstinuität, wie man es löst

Leiterplattendesign hat immer Impedanzkonstinuität, wie man es löst

2022-09-14
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Author:iPCB

Wir alle wissen, dass Impedanz kontinuierlich sein muss. Aber es gibt immer eine Zeit, wenn die Impedanz der Leiterplatte kann nicht kontinuierlich sein, was soll ich tun?


Charakteristische Impedanz: Auch bekannt als "charakteristische Impedanz", ist es kein DC-Widerstand und gehört zum Konzept der Langzeitübertragung. Im Hochfrequenzbereich, während des Signalübertragungsprozesses, wo die Signalkante ankommt, wird ein momentaner Strom zwischen der Signalleitung und der Bezugsebene (Leistung oder Erdungsebene) aufgrund der Bildung eines elektrischen Feldes erzeugt. Wenn die Übertragungsleitung isotrop ist, so lange das Signal sendet, gibt es immer einen Strom I, und wenn die Ausgangsspannung des Signals V ist, während des Signalübertragungsvorgangs ist die Übertragungsleitung äquivalent zu einem Widerstand, die Größe ist V/I, und dieser äquivalente Widerstand wird die charakteristische Impedanz Z der Übertragungsleitung genannt. Wenn sich während der Signalübertragung die charakteristische Impedanz des Übertragungsweges ändert, wird das Signal an dem Knoten mit diskontinuierlicher Impedanz reflektiert. Die Faktoren, die die charakteristische Impedanz beeinflussen, sind: dielektrische Konstante, dielektrische Dicke, Linienbreite und Kupferfoliendicke.

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(1) Verlaufslinie

Einige HF-Gerätepakete sind klein, die SMD-Pad-Breite kann so klein wie 12mils sein, und die HF-Signal-Leitungsbreite kann mehr als 50mils sein. Verlaufslinien werden verwendet, und plötzliche Änderungen der Linienbreite sind verboten. Die Verlaufslinie wird im Bild angezeigt, und die Linie im Übergangsteil sollte nicht zu lang sein.


(2) Ecke

Wenn die HF-Signalleitung im rechten Winkel verläuft, erhöht sich die effektive Linienbreite an der Ecke, und die Impedanz ist diskontinuierlich und verursacht Signalreflexion. Um Diskontinuitäten zu reduzieren, gibt es zwei Möglichkeiten, mit Ecken umzugehen: Fasen und Filetieren. Der Radius des Bogenwinkels sollte groß genug sein. Generell sollte sichergestellt werden, dass: R>3W.


(3) Große Auflage

Wenn es ein großes Pad auf der 50-Ohm-Mikrostreifenlinie gibt, ist das große Pad äquivalent zur verteilten Kapazität, die die Kontinuität der charakteristischen Impedanz der Mikrostreifenlinie zerstört. Zwei Methoden können zur gleichen Zeit verwendet werden, um zu verbessern: erstens, Verdicken des Microstrip-Linienmediums und zweitens, Aushöhlen der Erdungsebene unter dem Pad, von denen beide die verteilte Kapazität des Pads verringern können.


(4) Vias

Vias sind Metallzylinder, die aus den Durchgangslöchern zwischen der oberen und unteren Schicht einer Leiterplatte plattiert sind. Signal Vias verbinden Übertragungsleitungen auf verschiedenen Schichten. Via Stubs sind ungenutzte Teile einer Via. Via Pads sind ringförmige Pads, die Vias mit oberen oder internen Übertragungsleitungen verbinden. IsolationsPads sind ringförmige Hohlräume innerhalb jeder Energie- oder Bodenebene, um Kurzschlüsse in die Energie- und Bodenebene zu verhindern. Die parasitären Parameter der Vias können als äquivalentes Schaltungsmodell der Vias als Erdungskondensator modelliert werden, der an beiden Enden einer Induktivität in Reihe geschaltet ist, wenn sie durch rigorose physikalische Theorieableitung und approximative Analyse abgeleitet werden. Das äquivalente Schaltungsmodell der Via, kann aus dem äquivalenten Schaltungsmodell ersichtlich sein, dass das Via selbst parasitäre Kapazität zur Masse aufweist. Nehmen wir an, dass der Durchmesser des Antipads des Durchgangs D2 ist, der Durchmesser des Durchgangs D1 ist und die Dicke der Leiterplatte T ist, die Dielektrizitätskonstante des Leiterplattensubstrates ε ist, die parasitäre Kapazität des Durchgangslochs ist ähnlich: Die parasitäre Kapazität des Durchgangslochs kann dazu führen, dass die Signalanstiegszeit verlängert wird und die Übertragungsgeschwindigkeit verlangsamt wird, dadurch die Signalqualität verschlechtert. Ebenso haben Vias auch parasitäre Induktivität. In Hochgeschwindigkeits-Digitalplatinen ist der Schaden, der durch parasitäre Induktivität verursacht wird, oft größer als der der parasitären Kapazität. Seine parasitäre Reiheninduktivität schwächt den Beitrag des Bypass-Kondensators und reduziert dadurch den Filtereffekt des gesamten Stromsystems. Angenommen L ist die Induktivität des Durchgangs, h ist die Länge des Durchgangs und d ist der Durchmesser des Mittellochs. Die ungefähre parasitäre Induktivität von Durchkontaktierungen ist ähnlich wie: Durchkontaktierungen sind einer der wichtigen Faktoren, die Impedanzkonstinuitäten auf dem HF-Kanal verursachen. Wenn die Signalfrequenz größer als 1GHz ist, sollte der Einfluss von Durchkontaktierungen berücksichtigt werden. Häufige Methoden, um die Unterbrechung der Durchlaufimpedanz zu reduzieren, umfassen: Verwendung eines disklosen Prozesses, Auswahl eines Lead-Out-Verfahrens und Optimierung des Durchmessers des Anti-Pads. Die Optimierung des Anti-Pad-Durchmessers ist eine gängige Methode, um Impedanzkonstinuitäten zu reduzieren. Da die Eigenschaften des Durchgangslochs mit der Strukturgröße der Öffnung, des Pads, des Anti-Pads, der Stapelstruktur und des Lead-Out-Verfahrens zusammenhängen, wird empfohlen, HFSS und Optimetrics zu verwenden, um die Simulation entsprechend der spezifischen Situation in jedem Entwurf zu optimieren. Wenn ein parametrisches Modell verwendet wird, ist der Modellierungsprozess einfach. Während der Überprüfung muss der Leiterplattendesigner entsprechende Simulationsdokumente vorlegen. Über Durchmesser, Pad-Durchmesser, Tiefe, Anti-Pad, alle bringen Variationen, die zu Impedanz-Unterbrechungen, Schwere der Reflexion und Einfügedämpfung führen.


(5) Koaxialanschluss durch Bohrung

Similar to die via structure, Koaxialsteckverbinder mit durchgehendem Loch weisen auch Impedanzkonstinuitäten auf, so ist die Lösung die gleiche wie Vias. Häufige Methoden zur Reduzierung von Impedanzkontinuitäten in Koaxialsteckverbindern mit Durchgangsloch sind auch:, ein geeignetes Lead-Out-Verfahren, und Optimierung des Durchmessers der Anti-Pad on Leiterplatte.