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PCB板厂,设计高频阻抗电路板有哪些特殊方法
2021-09-22
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PCB板厂,设计高频阻抗电路板有哪些特殊方法?在PCB设计中,总会有阻抗不能连续的时候。 那我现在该怎么办?


特性阻抗:又称“特征阻抗”,它不是直流电阻,属于长线传输中的概念。在高频范围内,在信号传输过程中,信号边缘到达的地方,信号线与参考平面(电源或地平面)之间由于电场的建立,会产生一瞬时电流。

如果传输线是各向同性的,那么只要信号在传输,就会一直存在电流I,如果信号的输出电压为V,则传输线在信号传输过程中就会等效成一个电阻,大小为 V/I ,将此等效电阻称为传输线的特性阻抗 Z。

信号在传输过程中,如果传输路径上的特征阻抗发生变化,则信号会在阻抗不连续的节点发生反射。

影响特性阻抗的因素有:介电常数、介质厚度、线宽、铜箔厚度。

[1] 渐变线

一些RF器件封装较小,SMD焊盘宽度可能小到12MILS,而RF信号线宽可能达到50MILS甚至更多。必须使用渐变线,禁止线宽突变。过渡部分的线不宜过长。

[2] 拐角

如果RF信号线走直角,拐角处的有效线宽会增加,阻抗会不连续,造成信号反射。为了减少不连续性,要处理拐角,有两种方法:切角和圆角。圆弧角的半径要足够大,一般来说,保证:R>3W。


【3】大焊盘

当50欧姆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同时改善:首先将微带线介质变厚,其次是挖空焊盘下方的地平面,可以降低焊盘的分布电容。

【4】过孔

过孔是镀在电路板顶层和底层之间的通孔外面的金属圆柱体。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。过孔焊盘是圆环形垫片,隔离盘是每个电源或接地平面中的环形间隙,用于防止电源和接地平面短路。

经过严格的物理理论推导和近似分析,过孔的等效电路模型可以是在电感两端串联一个接地电容。


从等效电路模型可知,过孔本身存在对地的寄生电容。假设过孔反焊盘的直径为D2,过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T,基板的介电常数为ε,则过孔的寄生电容为大约:

过孔的寄生电容会导致信号上升时间延长,传输速度减慢,从而降低信号质量。同样,过孔也有寄生电感。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,从而削弱整个电源系统的滤波效果。假设 L 是过孔的电感,h 是过孔的长度,d 是中心孔的直径。过孔的近似寄生电感类似于:

过孔是导致RF通道阻抗不连续的重要因素之一。如果信号频率大于1GHz,则必须考虑过孔的影响。

降低过孔阻抗不连续性的常用方法包括:采用无盘工艺、选择出线方式、优化反焊盘直径。优化反焊盘直径是减少阻抗不连续性的最常用方法之一。由于过孔的特性与孔径、焊盘、反焊盘、叠层结构、布线方式等结构尺寸有关,建议在每次设计时根据具体情况使用HFSS和Optimetrics进行优化仿真。

使用参数模型时,建模过程很简单。审核时要求PCB设计人员提供相应的仿真文件。

过孔直径、焊盘直径、深度、反焊盘都会带来变化,导致阻抗不连续性,反射和插入损耗的严重程度会受到影响。

【5】通孔同轴连接器

与过孔结构类似,过孔同轴连接器也存在阻抗不连续性,因此解决方法与过孔相同。 降低通孔同轴连接器阻抗不连续性的常用方法还有:采用无盘工艺、合适的出线方式、优化反焊盘直径等。


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