减少PCB走线中拐角引起反射的方式

文摘   2024-11-25 11:24   上海  

     在PCB互连中,微带线和带线的弯曲拐角作为反射源经常被讨论,由于TDR效应较小,且测量的带宽和动态范围不够,实际上不可能检测到TDR效应。需要精确的频域测量来检测这种影响。弯曲的影响可能被连接器或探头的不匹配、去嵌入误差、频率相关的传输线阻抗等所掩盖。需要精确地去嵌入以显示效果。由于介电特性和轨迹几何形状的变化,在pcb上很难做到这一点。或者,可以使用精确去嵌入的电磁分析来揭示影响并最小化反射。

     在带状线路中,简单的90度转弯通常有很小的过度电容。如图所示,任何减小该电容而不增加电感的方法都可以工作。以下本研究使用了PCB叠层和材料。

     下图是该结构的频域仿真结果,反射非常小,只有25 GHz,广义s参数是检测效果和进行优化所必需的。    

     如果需要将上述直角进行优化,第一种是削去直角,如下图,并且参数化直角尺寸,仿真的频率点分别为1, 5, 10, 20, 30 and 40 GHz。

     如下是仿真的各个频点在不同削角参数下对应的反射参数,可以看到在削角尺寸在9~10mil范围内时反射最小。    

     将上述最优尺寸配置下进行模型提取,对比默认情况,最佳弯曲处的反射减少了约-20 dB。

     如下是另一种优化直角转角的方式,即切外角,如下图示意,同样的方式对其进行尺寸参数化,找到最优尺寸。    

     如下是每种频率下各个尺寸的反色和结果,可以看到切6mil尺寸的角会有一个比较好的反射性能。

     将上述方式的最优尺寸配置下进行模型提取,对比默认情况,最佳弯曲处的反射减少了约-20 dB。    

下面统一再对比下多种不同的方式处理,还是选择走线宽度为8mil,在1ghz时约为50欧姆,更宽的弯道通常反射性更强,切断过度弯曲电容的方法有多种,这里有6种可能的方法:

情况(1)是简单的圆形弯曲-没有优化。情况(2)是拱形转弯-也没有优化。案例(3)、(4)、(6)为优化矩形切割,案例(5)为倒角优化弯曲。所有配置的反射参数如下所示:    

     很难说哪一种更好——四种配置的反射低于-30 dB,两种低于-25 dB。这两个数字都很难在pcb上精确测量,并且由于测试装置的变化,在这种反射水平下去嵌入不起作用。下面显示的是16 ps 10-90上升时间的TDR比较。

     可以看到,配置(1)和(6)是微电容的,而其他配置是电感的。内角切割的情况(4)显示出最大的阻抗增加。然而,它可以工作到更高的频率。

     本文展示了如何使用电磁仿真来研究不同拐角走线的方式,虽然对信号质量影响较小,也不是PCB走线的重要问题。然而,这些大但的处理方式都是值得探究的。    


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