PCB设计总有几个阻抗没法连续的地方，怎么办？

liuyian2011

PCB设计总有几个阻抗没法连续的地方，怎么办？

大家都知道阻抗要连续。但是，正如罗永浩所说“人生总有几次踩到大便的时候”，PCB设计也总有阻抗不能连续的时候。怎么办?

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。

' Z# v, M1 R4 P! m8 V( J

【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。

* ?. i/ Z% n+ `! {

【2】拐角
7 [  M1 T- x, B& X

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。

2 n% r' z9 ^; h6 ?9 {- i, ?

【4】过孔

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。

5 |: y5 D0 G) Q* [5 m5 Z

  {; _; B  _1 E+ y0 }6 D! L

过孔的寄生参数

; U  v  W: l0 a) d& \& o* }4 O: w

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。

3 g7 z# R, c4 E4 Q$ A4 [

过孔的等效电路模型

# e* @' O  Q% C6 E( Y! H0 d" }4 j

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。

" V" ], [2 o: M9 w2 e

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。

" j9 E0 b# X+ f: C7 i5 t- D' X) ]

【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。

* T* E0 x6 R7 u; l3 Y5 X
2 l' R- N6 f  X/ `3 j2 e
$ y# V  a+ Y5 U3 z7 f
) l! [$ x* _6 h, x) U) }1 w
* o2 o7 u0 h* ^* q9 c8 g# C0 u* I0 T

grand

阻抗不连续会引起信号的反射

allegroze

谢谢分享