PCB設計之阻抗不連續性，如何解決？

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簡單的pcb設計可能不需要考慮阻抗問題，但是，相對負責一點的系統都會考慮組考問題。今天來講講阻抗的一些內容。

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特性阻抗

特性阻抗：又稱「特徵阻抗」，它不是直流電阻，屬於長線傳輸中的概念。在高頻範圍內，訊號傳輸過程中，訊號沿到達的地方，訊號線和參考平面(電源或地平面)間由於電場的建立，會產生乙個瞬間電流。

如果傳輸線是各向同性的，那麼只要訊號在傳輸，就始終存在乙個電流 i，而如果訊號的輸出電壓為 v，在訊號傳輸過程中，傳輸線就會等效成乙個電阻，大小為 v/i，把這個等效的電阻稱為傳輸線的特性阻抗 z。

訊號在傳輸的過程中，如果傳輸路徑上的特性阻抗發生變化，訊號就會在阻抗不連續的結點產生反射。

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影響特性阻抗的因素

影響特性阻抗的因素有：介電常數、介質厚度、線寬、銅箔厚度。

2.1 漸變線

一些 rf 器件封裝較小，smd 焊盤寬度可能小至 12mils，而 rf 訊號線寬可能達 50mils 以上，要用漸變線，禁止線寬突變。漸變線如圖所示，過渡部分的線不宜太長。

2.2 拐角

rf 訊號線如果走直角，拐角處的有效線寬會增大，阻抗不連續，引起訊號反射。為了減小不連續性，要對拐角進行處理，有兩種方法：切角和圓角。圓弧角的半徑應足夠大，一般來說，要保證：r>3w。如圖右所示。

2.3 大焊盤

當 50 歐細微帶線上有大焊盤時，大焊盤相當於分布電容，破壞了微帶線的特性阻抗連續性。可以同時採取兩種方法改善：首先將微帶線介質變厚，其次將焊盤下方的地平面挖空，都能減小焊盤的分布電容。如下圖。

2.4 過孔

過孔是鍍在電路板頂層與底層之間的通孔外的金屬圓柱體。訊號過孔連線不同層上的傳輸線。過孔殘樁是過孔上未使用的部分。過孔焊盤是圓環狀墊片，它們將過孔連線至頂部或內部傳輸線。隔離盤是每個電源或接地層內的環形空隙，以防止到電源和接地層的短路。

● 過孔的寄生引數

若經過嚴格的物理理論推導和近似分析，可以把過孔的等效電路模型為乙個電感兩端各串聯乙個接地電容，如圖 1 所示。

● 過孔的等效電路模型

從等效電路模型可知，過孔本身存在對地的寄生電容，假設過孔反焊盤直徑為 d2，過孔焊盤的直徑為 d1，pcb 板的厚度為 t,板基材介電常數為ε,則過孔的寄生電容大小近似於：

過孔的寄生電容可以導致訊號上公升時間延長，傳輸速度減慢，從而惡化訊號質量。同樣，過孔同時也存在寄生電感，在高速數字 pcb 中，寄生電感帶來的危害往往大於寄生電容。

它的寄生串聯電感會削弱旁路電容的貢獻，從而減弱整個電源系統的濾波效用。假設 l 為過孔的電感，h 為過孔的長度，d 為中心鑽孔的直徑。過孔近似的寄生電感大小近似於：

過孔是引起 rf 通道上阻抗不連續性的重要因素之一，如果訊號頻率大於 1ghz，就要考慮過孔的影響。

減小過孔阻抗不連續性的常用方法有：採用無盤工藝、選擇出線方式、優化反焊盤直徑等。優化反焊盤直徑是一種常用的減小阻抗不連續性的方法。由於過孔特性與孔徑、焊盤、反焊盤、層疊結構、出線方式等結構尺寸相關，建議每次設計時都要根據具體情況用 hfss 和 optimetrics 進行優化**。

當採用引數化模型時，建模過程很簡單。在審查時，需要 pcb 設計人員提供相應的**文件。

過孔的直徑、焊盤直徑、深度、反焊盤，都會帶來變化，造成阻抗不連續性，反射和插入損耗的嚴重程度。

2.5 通孔同軸聯結器

與過孔結構類似，通孔同軸聯結器也存在阻抗不連續性，所以解決方法與過孔相同。減小通孔同軸聯結器阻抗不連續性的常用方法同樣是：採用無盤工藝、合適的出線方式、優化反焊盤直徑。