如何解決PCB阻抗不連續(xù)問題

時(shí)間：2022-05-30作者：深圳市造物工場科技有限公司瀏覽：137

作為PCB設(shè)計(jì)工程師，大家都知道阻抗要連續(xù)。PCB設(shè)計(jì)也總有阻抗不能連續(xù)的時(shí)候，這時(shí)候該怎么辦呢？




關(guān)于阻抗

先來澄清幾個(gè)概念，我們經(jīng)常會(huì)看到阻抗、特性阻抗、瞬時(shí)阻抗。嚴(yán)格來講，他們是有區(qū)別的，但是萬變不離其宗，它們?nèi)匀皇亲杩沟幕径x：




1、將傳輸線始端的輸入阻抗簡稱為阻抗；

2、將信號(hào)隨時(shí)遇到的及時(shí)阻抗稱為瞬時(shí)阻抗；

3、如果傳輸線具有恒定不變的瞬時(shí)阻抗，就稱之為傳輸線的特性阻抗。


特性阻抗描述了信號(hào)沿傳輸線傳播時(shí)所受到的瞬態(tài)阻抗，這是影響傳輸線電路中信號(hào)完整性的一個(gè)主要因素。


如果沒有特殊說明，一般用特性阻抗來統(tǒng)稱傳輸線阻抗。影響特性阻抗的因素有：介電常數(shù)、介質(zhì)厚度、線寬、銅箔厚度。




 

什么是阻抗連續(xù)

阻抗連續(xù)類似：水在一條均勻的水溝里穩(wěn)定的流動(dòng)，突然水溝來個(gè)轉(zhuǎn)折并且加寬了。那么水在拐彎的地方就會(huì)晃動(dòng)，并且產(chǎn)生水波傳播。這就是阻抗不匹配導(dǎo)致的結(jié)果。




阻抗不連續(xù)解決方案




01 漸變線

一些RF器件封裝較小，SMD焊盤寬度可能小至12mils，而RF信號(hào)線寬可能達(dá)50mils以上，要用漸變線，禁止線寬突變。漸變線如圖所示，過渡部分的線不宜太長。







 




02 拐角

RF信號(hào)線如果走直角，拐角處的有效線寬會(huì)增大，阻抗不連續(xù)，引起信號(hào)反射。為了減小不連續(xù)性，要對(duì)拐角進(jìn)行處理，有兩種方法：切角和圓角。圓弧角的半徑應(yīng)足夠大，一般來說，要保證：R>3W。如下圖所示。




 

03 大焊盤

當(dāng)50歐細(xì)微帶線上有大焊盤時(shí)，大焊盤相當(dāng)于分布電容，破壞了微帶線的特性阻抗連續(xù)性?？梢酝瑫r(shí)采取兩種方法改善：首先將微帶線介質(zhì)變厚，其次將焊盤下方的地平面挖空，都能減小焊盤的分布電容。如下圖。




 




04 過孔

過孔是鍍?cè)陔娐钒?*層與底層之間的通孔外的金屬圓柱體。信號(hào)過孔連接不同層上的傳輸線。過孔殘樁是過孔上未使用的部分。過孔焊盤是圓環(huán)狀墊片，它們將過孔連接至**部或內(nèi)部傳輸線。隔離盤是每個(gè)電源或接地層內(nèi)的環(huán)形空隙，以防止到電源和接地層的短路。




 

過孔的寄生參數(shù)

若經(jīng)過嚴(yán)格的物理理論推導(dǎo)和近似分析，可以把過孔的等效電路模型為一個(gè)電感兩端各串聯(lián)一個(gè)接地電容，如下圖所示。







過孔的等效電路模型

從等效電路模型可知，過孔本身存在對(duì)地的寄生電容，假設(shè)過孔反焊盤直徑為D2，過孔焊盤的直徑為D1，PCB板的厚度為T，板基材介電常數(shù)為ε，則過孔的寄生電容大小近似于：




 




過孔的寄生電容可以導(dǎo)致信號(hào)上升時(shí)間延長，傳輸速度減慢，從而惡化信號(hào)質(zhì)量。


同樣，過孔同時(shí)也存在寄生電感，在高速數(shù)字PCB中，寄生電感帶來的危害往往大于寄生電容。


它的寄生串聯(lián)電感會(huì)削弱旁路電容的貢獻(xiàn)，從而減弱整個(gè)電源系統(tǒng)的濾波效用。假設(shè)L為過孔的電感，h為過孔的長度，d為中心鉆孔的直徑。過孔近似的寄生電感大小近似于：




 








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