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PCB部落格 - PCB板設計總是存在阻抗不連續性,如何解决

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PCB板設計總是存在阻抗不連續性,如何解决

2022-09-14
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Author:iPCB

我們都知道阻抗必須是連續的. 但總有一段時間 PCB板 不能是連續的, 我該怎麼辦?


特性阻抗:也稱為“特性阻抗”,它不是直流電阻,屬於長期傳輸的概念。 在高頻範圍內,在訊號傳輸過程中,當訊號邊緣到達時,由於電場的建立,訊號線和基準面(電源或接地平面)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,總是會有電流I,如果訊號的輸出電壓是V,那麼在訊號傳輸過程中,傳輸線將相當於一個電阻,大小為V/I,這個等效電阻稱為傳輸線的特性阻抗Z。 在訊號傳輸過程中,如果傳輸路徑的特徵阻抗發生變化,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。

PCB板

(1)漸變線

一些射頻設備封裝很小,SMD焊盤寬度可能小到12毫米,射頻訊號線寬可能超過50毫米。 使用漸變線,禁止線寬突然變化。 漸變線如圖所示,過渡部分的線條不宜過長。


(2)拐角

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,有兩種處理角點的方法:倒角和圓角。 圓弧角的半徑應足够大。 一般來說,應確保:R>3W。


(3)大型焊盤

當50歐姆微帶線上有一個大的襯墊時,大的襯墊相當於分佈電容,這破壞了微帶線特性阻抗的連續性。 可以同時採取兩種方法進行改進:一是加厚微帶線介質,二是掏空焊盤下方的接地層,這兩種方法都可以减小焊盤的分佈電容。


(4)過孔

過孔是從電路板的頂層和底層之間的通孔中鍍出的金屬圓柱體。 訊號孔連接不同層的傳輸線。 通孔存根是通孔的未使用部分。 過孔墊是將過孔連接到頂部或內部傳輸線的環形墊。 隔離墊是每個電源或接地平面內的環形空隙,以防止電源和接地平面短路。 如果通過嚴格的物理理論推導和近似分析得出過孔的寄生參數,則可以將過孔的等效電路模型建模為電感兩端串聯的接地電容器。 過孔的等效電路模型,從等效電路模型可以看出,過孔本身對地具有寄生電容。 假設過孔的防焊盤直徑為D2,過孔的直徑為D1,PCB板的厚度為T,板基板的介電常數為ε,過孔寄生電容類似於:過孔的寄生電容會導致訊號上升時間延長,傳送速率减慢, 從而惡化訊號質量。 同樣,過孔也有寄生電感。 在高速數位PCB板中,寄生電感的危害往往大於寄生電容的危害。 其寄生串聯電感將削弱旁路電容的貢獻,從而降低整個電力系統的濾波效果。 假設L是通孔的電感,h是通孔長度,d是中心孔的直徑。 過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,則應考慮過孔的影響。 减少過孔阻抗不連續性的常見方法包括:使用無盤工藝、選擇引出方法和優化防靜電墊的直徑。 優化防焊盤直徑是减少阻抗不連續性的常用方法。 由於通孔的特性與孔徑、焊盤、防焊盤、堆疊結構和引出方法的結構尺寸有關,建議根據每個設計中的具體情況,使用HFSS和Optimetrics優化類比。 當使用參數化模型時,建模過程很簡單。 審查期間,要求PCB板設計者提供相應的模擬檔案。 通孔直徑、焊盤直徑、深度、抗焊盤,都會帶來變化,導致阻抗不連續、反射嚴重和插入損耗。


(5)通孔同軸連接器

Similar to 這個 via structure, 通孔同軸連接器也有阻抗不連續性, 囙此解決方案與過孔相同. 减少通孔同軸連接器阻抗不連續性的常用方法還有:使用無盤工藝, 一種合適的引出方法, 並優化防磨墊的直徑 on PCB板.