PCB部落格 - PCB板設計總是存在阻抗不連續性，如何解决

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。

（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.