Leiterplattentechnisch - Wie man PCB-Design löst, hat immer Impedanzkonstinuität

Jeder weiß, dass die Impedanz kontinuierlich sein sollte. Wie gesagt, "Es gibt immer mehrere Male im Leben, wenn Sie in die Scheiße treten", und es gibt immer Zeiten, in denen die Impedanz des PCB-Designs nicht kontinuierlich sein kann. Wie geht's?

Wenn die Übertragungsleitung isotrop ist, gibt es immer einen Strom I, solange das Signal übertragen wird. Wenn die Ausgangsspannung des Signals V ist, ist die Übertragungsleitung im Prozess der Signalübertragung äquivalent zu einem Widerstand mit einer Größe von V/I. Dieser äquivalente Widerstand wird die charakteristische Impedanz Z der Übertragungsleitung genannt.

Wenn sich während der Signalübertragung die charakteristische Impedanz entlang des Übertragungsweges ändert, wird das Signal am Knoten der Impedanzkonstinuität reflektiert.

Faktoren, die die charakteristische Impedanz beeinflussen, sind dielektrische Konstante, dielektrische Dicke, Linienbreite und Kupferfoliendicke.

[1] Verlaufslinie

Einige HF-Geräte haben ein kleines Paket, SMD-Pad-Breite kann so klein wie 12mils sein, und HF-Signal-Leitungsbreite kann mehr als 50mils sein, Gradientenlinie sollte verwendet werden, verbieten Linienbreitenmutation. Die Verlaufslinie ist in der Abbildung dargestellt, die Übergangslinie sollte nicht zu lang sein.

[2] Ecke

HF-Signallinie, wenn der rechte Winkel, die effektive Linienbreite an der Ecke zunimmt, Impedanz diskontinuierlich, verursacht Signalreflexion.

Um Diskontinuität zu minimieren, werden Ecken auf zwei Arten behandelt: Eckenschnitt und Eckenrundung. Der Radius des Bogenwinkels sollte im Allgemeinen groß genug sein, um sicherzustellen, dass: R> 3 w. Wie rechts gezeigt.

[3] Big Pad

Wenn es ein großes Pad auf der 50-Ohm-Mikrostreifenleitung gibt, wirkt das große Pad als verteilte Kapazität und zerstört die Kontinuität der charakteristischen Impedanz der Mikrostreifenleitung. Die verteilte Kapazität des Pads kann sowohl durch Verdicken des Microstrip-Linienmediums als auch durch Aushöhlen der Masseebene unterhalb des Pads reduziert werden. Das Diagramm unten.

[4] Durchgangsloch

Das Durchgangsloch ist ein Metallzylinder, der außerhalb des Durchgangslochs zwischen den oberen und unteren Schichten einer Leiterplatte plattiert ist. Signallöcher verbinden Übertragungsleitungen auf verschiedenen Schichten. Lochrückstände sind der ungenutzte Teil des Lochs. Durchgangslochpads sind runde Ringdichtungen, die das Durchgangsloch mit der oberen oder internen Übertragungsleitung verbinden. Isolierscheiben sind ringförmige Räume innerhalb jeder Stromversorgung oder Erdungszone, um Kurzschlüsse zur Stromversorgung und Erdungszone zu verhindern.

Parasitische Parameter der Bohrung

Nach strenger physikalischer theoretischer Ableitung und ungefährer Analyse kann das äquivalente Schaltungsmodell des Lochs als Induktor betrachtet werden, bei dem ein Erdungskondensator an beiden Enden in Reihe geschaltet ist, wie in Fig. 1 gezeigt.

Entsprechendes Schaltungsmodell der Bohrung

Aus dem äquivalenten Schaltungsmodell ist ersichtlich, dass die parasitäre Kapazität zur Erde im Durchgangsloch selbst existiert. Unter der Annahme, dass der Durchmesser des Durchgangsloch-Umkehrpolsters D2 ist, der Durchmesser des Durchgangslochpolsters D1 ist, die Dicke der Leiterplatte T ist und die dielektrische Konstante des Substrats ε ist, ist die parasitäre Kapazität des Durchgangslochs ungefähr wie folgt:

Parasitische Kapazität durch das Loch kann zu längerer Signalanstiegszeit und langsamer Übertragungsgeschwindigkeit führen, wodurch sich die Signalqualität verschlechtert. Ähnlich haben Durchgangslöcher auch parasitäre Induktivität, die oft schädlicher ist als parasitäre Kapazität in Hochgeschwindigkeits-digitalen Leiterplatten.

Seine parasitäre Reiheninduktivität schwächt den Beitrag der Bypass-Kapazität und damit die Filterwirkung des gesamten Stromversorgungssystems. Angenommen L ist die Induktivität des Lochs, h ist die Länge des Lochs und D ist der Durchmesser des zentralen Lochs. Die parasitäre Induktivitätsgröße der Durchgangslochapproximation beträgt ungefähr:

Loch ist einer der wichtigen Faktoren, die Impedanzkonstinuität im HF-Kanal verursachen. Wenn die Signalfrequenz größer als 1GHz ist, sollte der Effekt des Lochs berücksichtigt werden.

Die üblichen Methoden, um die Diskontinuität des Widerstands durch das Loch zu reduzieren, umfassen: Verwendung des scheibenlosen Prozesses, Auswahl des Auslaufmodus, Optimierung des Durchmessers des hinteren Pads usw. Die Optimierung des Durchmessers des hinteren Pads ist eine gängige Methode, um Impedanzkontinuität zu reduzieren. Es wird empfohlen, HFSS und Optimetrics für die Optimierungssimulation während jeder Konstruktion zu verwenden, da die Locheigenschaften mit den strukturellen Abmessungen wie Blende, Pad, Backpad, gestapelte Struktur und Auslaufmodus zusammenhängen.

Bei der Verwendung parametrischer Modelle ist der Modellierungsprozess einfach. Zum Zeitpunkt der Überprüfung muss der PCB-Designer die entsprechende Simulationsdokumentation vorlegen.

Der Durchmesser des Lochs, des Paddurchmessers, der Tiefe und des Backpads können alle variieren, was zu Impedanzkonstinuität, Reflexion und Einfügeverluste führt.

[5] Koaxialanschluss mit Durchgangsloch

Ähnlich der Durchgangslochkonfiguration hat der Durchgangsloch-Koaxialverbinder auch Impedanzkontinuität, so dass die Lösung die gleiche wie das Durchgangsloch ist. Die üblichen Methoden, um die Impedanzkonstinuität des Koaxialsteckers mit Durchgangsloch zu reduzieren, sind auch: Verwendung des disklosen Prozesses, geeigneter Auslaufmodus und Optimierung des Durchmessers des Rückenpolsters.