PCB设计也总有阻抗不能连续怎么办?

瑞兴诺pcb

PCB设计也总有阻抗不能连续怎么办? [复制链接]

PCB设计也总有阻抗不能连续怎么办?

 

 

（以下文字均从网络转载，欢迎大家补充，指正。）

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，信号传输过程中，信号沿到达的地方，信号线和参考平面(电源或地平面)间由于电场的建立，会产生一个瞬间电流。

如果传输线是各向同性的，那么只要信号在传输，就始终存在一个电流I，而如果信号的输出电压为V，在信号传输过程中，传输线就会等效成一个电阻，大小为V/I，把这个等效的电阻称为传输线的特性阻抗Z。

信号在传输的过程中，如果传输路径上的特性阻抗发生变化，信号就会在阻抗不连续的结点产生反射。

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焊盘宽度可能小至12mils，而RF信号线宽可能达50mils以上，要用渐变线，禁止线宽突变。渐变线如图所示，过渡部分的线不宜太长。

【2】拐角

PCB中RF信号线如果走直角，拐角处的有效线宽会增大，阻抗不连续，引起信号反射。为了减小不连续性，要对拐角进行处理，有两种方法：切角和圆角。圆弧角的半径应足够大，一般来说，要保证：R>3W。如图右所示。

【3】大焊盘

当50欧细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改善：首先将微带线介质变厚，其次将焊盘下方的地平面挖空，都能减小焊盘的分布电容。如下图。

【4】过孔

PCB过孔是镀在电路板顶层与底层之间的通孔外的金属圆柱体。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。过孔焊盘是圆环状垫片，它们将过孔连接至顶部或内部传输线。隔离盘是每个电源或接地层内的环形空隙，以防止到电源和接地层的短路。

过孔的寄生参数

若经过严格的物理理论推导和近似分析，可以把过孔的等效电路模型为一个电感两端各串联一个接地电容，如图1所示。

过孔的等效电路模型

从等效电路模型可知，过孔本身存在对地的寄生电容，假设过孔反焊盘直径为D2，过孔焊盘的直径为D1，PCB板的厚度为T,板基材介电常数为ε,则过孔的寄生电容大小近似于：

过孔的寄生电容可以导致信号上升时间延长，传输速度减慢，从而恶化信号质量。同样，过孔同时也存在寄生电感，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，从而减弱整个电源系统的滤波效用。假设L为过孔的电感，h为过孔的长度，d为中心钻孔的直径。过孔近似的寄生电感大小近似于：

过孔是引起RF 通道上阻抗不连续性的重要因素之一，如果信号频率大于1GHz，就要考虑过孔的影响。

减小过孔阻抗不连续性的常用方法有：采用无盘工艺、选择出线方式、优化反焊盘直径等。优化反焊盘直径是一种最常用的减小阻抗不连续性的方法。由于过孔特性与孔径、焊盘、反焊盘、层叠结构、出线方式等结构尺寸相关，建议每次设计时都要根据具体情况用HFSS和Optimetrics进行优化仿真。

当采用参数化模型时，建模过程很简单。在审查时，需要PCB设计人员提供相应的仿真文档。

过孔的直径、焊盘直径、深度、反焊盘，都会带来变化，造成阻抗不连续性，反射和插入损耗的严重程度。

【5】通孔同轴连接器

与过孔结构类似，通孔同轴连接器也存在阻抗不连续性，所以解决方法与过孔相同。减小通孔同轴连接器阻抗不连续性的常用方法同样是：采用无盘工艺、合适的出线方式、优化反焊盘直径。

 

 

lkh747566933

很不错的帖子，好好的学习一下，非常感谢楼主的分享！

led2015

感谢楼主的分享，现代PCB设计软件通常提供阻抗控制工具，可以帮助设计师进行阻抗匹配和分析。

fengerbbz

当在PCB设计中遇到阻抗不能连续的情况时，可以考虑以下几种方法来解决问题：  使用过渡结构：在信号线传输过程中，如果从一个阻抗值过渡到另一个阻抗值，可以使用过渡结构来实现平滑过渡。例如，可以使用过渡线段、过渡器件或过渡层来逐步改变阻抗。  添加阻抗匹配元件：在信号线上添加适当的阻抗匹配元件，例如串联电阻或并联电容/电感，以实现所需的阻抗匹配。  调整线宽/线间距：通过调整信号线的宽度和线间距来改变阻抗值。较宽的线宽和较大的线间距会降低阻抗，而较窄的线宽和较小的线间距会增加阻抗。  使用特殊材料：选择具有所需阻抗特性的特殊材料来制作PCB。例如，使用具有特定介电常数的材料，可以实现所需的阻抗。  使用阻抗控制层/平面：在PCB设计中添加阻抗控制层或平面可以帮助实现所需的阻抗匹配。通过在信号层上方或下方添加地平面或电源平面，可以有效地控制信号线的阻抗。  使用仿真和验证工具：使用专业的PCB仿真和验证工具，如SI/PI仿真软件，可以帮助预测和优化PCB设计中的阻抗匹配问题。  请注意，根据具体的设计需求和电路特性，可能需要结合多种方法来解决阻抗不连续的问题。此外，对于高频信号和高速传输线路，阻抗控制更为重要，因此在设计过程中应仔细考虑并进行相应的优化。如果需要专业的指导和支持，建议咨询电路设计专家或PCB设计工程师。

一叶知秋霜

入门级小白，过来蹭经验值，感谢分享，共同进步，谢谢啦啦啦啦啦

lkh747566933

不错的知识点，我也来学习学习，提高一下自己。