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電路設計

電路設計 - 在PCB中阻抗不能連續的情况下

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電路設計 - 在PCB中阻抗不能連續的情况下

在PCB中阻抗不能連續的情况下

2021-11-04
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Author:Downs

每個人都知道阻抗必須是連續的. 總有阻抗不能連續的時候 PCB設計. 如何做?

特性阻抗:也稱為“特性阻抗”,它不是直流電阻,它屬於長期傳輸的概念。 在高頻範圍內,在訊號傳輸期間,訊號邊緣到達的地方,由於電場的建立,訊號線和基準面(電源或接地層)之間會產生暫態電流。

如果傳輸線是各向同性的,那麼只要訊號在傳輸,就會始終存在電流I,如果訊號的輸出電壓為V,則傳輸線將等效於訊號傳輸期間的電阻,其大小為V/I,將該等效電阻稱為傳輸線的特性阻抗Z。

在訊號傳輸過程中,如果傳輸路徑上的特徵阻抗發生變化,則訊號將在阻抗不連續的節點處反射。 影響特性阻抗的因素有:介電常數、介電厚度、線寬和銅箔厚度。

[1]漸變線

一些射頻設備封裝很小,SMD焊盤寬度可能小到12密耳,射頻訊號線寬可能達到50密耳或更大。 必須使用梯度線,並且禁止線寬突變。 漸變線如圖所示,過渡部分的線不宜過長

[2]角落

電路板

如果射頻訊號線以直角運行,拐角處的有效線寬將新增,阻抗將不連續,導致訊號反射。 為了减少不連續性,處理角點有兩種方法:倒角和圓角。 一般來說,弧角半徑應足够大,以確保:R>3W。

204;3ÌÌÌ大墊板

當50歐姆微帶線上有大焊盤時,大焊盤相當於分佈電容,這會破壞微帶線的特性阻抗連續性。 同時可以採取兩種方法來改進:第一,加厚微帶線電介質,第二,挖空焊盤下的接地層,這可以减少焊盤的分佈電容。

Ì4ÌÌ

通孔是鍍在頂部和頂部之間的通孔外部的金屬圓柱體 PCB底層. 訊號過孔連接不同層上的傳輸線. 過孔存根是過孔的未使用部分. 過孔墊是將過孔連接到頂部或內部傳輸線的環形墊片. 隔離盤是每個電源或接地層中的環形間隙,以防止對電源和接地層短路.

過孔寄生參數

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建模為兩端串聯接地電容的電感

過孔等效電路模型

從等效電路模型可以看出,通孔本身對地具有寄生電容。 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,板基板的介電常數為ε,則過孔的寄生電容約為:

通孔的寄生電容會導致訊號上升時間延長和傳送速率减慢,從而惡化訊號質量。 類似地,過孔也具有寄生電感。 在高速數位電路板中,寄生電感造成的危害往往大於寄生電容。

其寄生串聯電感將削弱旁路電容器的貢獻,從而削弱整個電力系統的濾波效果。 假設L是通孔的電感,h是通孔的長度,d是中心孔的直徑。 通孔的近似寄生電感類似於:

過孔是導致射頻通道阻抗不連續的重要因素之一。 如果訊號頻率大於1GHz,則必須考慮過孔的影響。

减少過孔阻抗不連續性的常用方法包括:採用無盤工藝、選擇出口方法和優化防焊盤直徑。 優化防焊盤直徑是减少阻抗不連續性最常用的方法之一。 由於通孔的特性與結構尺寸有關,如孔徑、焊盤、反焊盤、層壓結構和佈線方法,囙此建議在每次設計過程中根據具體情況使用HFSS和Optimetrics進行優化類比。

使用參數化模型時, 建模過程很簡單. 審查期間, PCB設計師 are required to provide corresponding simulation documents.

通孔直徑、焊盤直徑、深度和反焊盤都會帶來變化,導致阻抗不連續、反射和插入損耗嚴重。

Ì5ÌÌ通孔同軸連接器

與通孔結構類似,通孔同軸連接器也具有阻抗不連續性,囙此解決方案與通孔相同。 减少通孔同軸連接器阻抗不連續性的常用方法還有:採用無盤工藝、合適的出口方法和優化防焊盤直徑。