PCB Tecnico - Come risolvere la progettazione PCB ha sempre discontinuità di impedenza

Tutti sanno che l'impedenza dovrebbe essere continua. Tuttavia, come detto, "Ci sono sempre diverse volte nella vita in cui entri nella merda", e ci sono sempre momenti in cui l'impedenza del design PCB non può essere continua. Come si fa?

Se la linea di trasmissione è isotropica, ci sarà sempre una corrente I finché il segnale viene trasmesso. Se la tensione di uscita del segnale è V, nel processo di trasmissione del segnale, la linea di trasmissione sarà equivalente a una resistenza con una dimensione di V/I. Questa resistenza equivalente è chiamata impedenza caratteristica Z della linea di trasmissione.

Nel processo di trasmissione del segnale, se l'impedenza caratteristica cambia lungo il percorso di trasmissione, il segnale sarà riflesso al nodo di discontinuità dell'impedenza.

I fattori che influenzano l'impedenza caratteristica includono costante dielettrica, spessore dielettrico, larghezza della linea e spessore della lamina di rame.

[1] Linea sfumata

Alcuni dispositivi RF hanno un piccolo pacchetto, la larghezza del pad SMD può essere piccola come 12mils e la larghezza della linea del segnale RF può essere superiore a 50mils, la linea gradiente dovrebbe essere utilizzata, proibire la mutazione della larghezza della linea. La linea di gradiente è mostrata nella figura. La linea di transizione non deve essere troppo lunga.

[2] Angolo

Linea del segnale RF se l'angolo giusto, la larghezza effettiva della linea all'angolo aumenterà, impedenza discontinua, causando la riflessione del segnale.

Per ridurre al minimo la discontinuità, gli angoli sono trattati in due modi: taglio angolare e arrotondamento angolare. Il raggio dell'angolo dell'arco dovrebbe essere abbastanza grande, in generale, per garantire che: R> 3 w. Come mostrato a destra.

[3] Big pad

Quando c'è un grande pad sulla linea microstrip da 50 ohm, il grande pad agisce come una capacità distribuita e distrugge la continuità della caratteristica impedenza della linea microstrip. La capacità distribuita del pad può essere ridotta sia addensando il mezzo della linea microstrip che scavando il piano di terra sotto il pad. Il diagramma qui sotto.

[4] Foro passante

Il foro passante è un cilindro metallico placcato fuori dal foro passante tra gli strati superiori e inferiori di un circuito stampato. I fori del segnale collegano le linee di trasmissione su diversi strati. Il residuo del foro è la parte inutilizzata del foro. I cuscinetti passanti sono guarnizioni circolari circolari che collegano il foro passante alla linea di trasmissione superiore o interna. I dischi di isolamento sono spazi anulari all'interno di ogni alimentatore o zona di messa a terra per evitare cortocircuiti alla zona di alimentazione e messa a terra.

Parametri parassitici del foro

Dopo la rigorosa derivazione teorica fisica e l'analisi approssimativa, il modello di circuito equivalente del foro può essere considerato come un induttore con un condensatore di messa a terra collegato in serie ad entrambe le estremità, come mostrato nella FIG. 1.

Modello di circuito equivalente del foro

Si può vedere dal modello di circuito equivalente che la capacità parassitaria al suolo esiste nel foro passante stesso. Assumendo che il diametro del cuscinetto inverso del foro passante sia D2, il diametro del pad passante del foro è D1, lo spessore della scheda PCB è T e la costante dielettrica del substrato è ε, la capacità parassitaria del foro passante è approssimativamente la seguente:

La capacità parassita attraverso il foro può portare a tempo prolungato di aumento del segnale e velocità di trasmissione lenta, deteriorando così la qualità del segnale. Allo stesso modo, i fori passanti hanno anche induttanza parassitaria, che è spesso più dannosa della capacità parassitaria nei PCB digitali ad alta velocità.

La sua induttanza di serie parassitaria indebolirà il contributo della capacità di bypass e quindi l'efficacia filtrante dell'intero sistema di alimentazione. Supponiamo che L sia l'induttanza del foro, h sia la lunghezza del foro e D sia il diametro del foro centrale. La dimensione dell'induttanza parassitaria dell'approssimazione del foro passante è approssimativamente:

Il foro è uno dei fattori importanti che causano discontinuità di impedenza nel canale RF. Se la frequenza del segnale è maggiore di 1GHz, l'effetto del foro deve essere considerato.

I metodi comuni per ridurre la discontinuità della resistenza attraverso il foro includono: utilizzare il processo senza disco, scegliere la modalità di uscita, ottimizzare il diametro del pad posteriore, ecc Ottimizzare il diametro del pad posteriore è un metodo comune per ridurre la discontinuità di impedenza. Si raccomanda di utilizzare HFSS e Optimetrics per la simulazione di ottimizzazione durante ogni progetto perché le caratteristiche del foro sono correlate alle dimensioni strutturali come apertura, pad, backpad, struttura impilata e modalità di uscita.

Quando si utilizzano modelli parametrici, il processo di modellazione è semplice. Al momento della revisione, il progettista PCB è tenuto a fornire la documentazione di simulazione corrispondente.

Il diametro del foro, il diametro del pad, la profondità e il backpad possono tutti variare, con conseguente discontinuità di impedenza, riflessione e gravità della perdita di inserzione.

[5] Connettore coassiale a foro passante

Simile alla configurazione del foro passante, il connettore coassiale del foro passante ha anche discontinuità di impedenza, quindi la soluzione è la stessa del foro passante. I metodi comuni per ridurre la discontinuità di impedenza del connettore coassiale a foro passante sono anche: utilizzando il processo discless, modalità di uscita appropriata e ottimizzando il diametro del pad posteriore.