Kuidas lahendada impedantsi ebakõla kõrgsagedusliku signaali edastamise valdkonnas

Ilmumiskuupäev: 2021-12-28Autori allikas: KinghelmVaated ： 4174

Kõrgsageduspiirkonnas peab signaal või elektromagnetlaine levima mööda ülekandeteed ühtlase iseloomuliku takistusega. Impedantsi ebakõla või katkestuse korral peegeldub osa signaalist tagasi saatvasse otsa ja ülejäänud elektromagnetlaine edastatakse edasi vastuvõtvasse otsa.

Signaali peegelduse ja sumbumise aste sõltub impedantsi katkestuse astmest. Kui mittevastavuse impedantsi amplituud suureneb, peegeldub rohkem signaale ja vastuvõtjas täheldatakse rohkem signaali nõrgenemist või halvenemist.

Takistuse ebakõla esineb sageli vahelduvvooluühenduse (tuntud ka kui alalisvoolu isolatsiooni) kondensaatorite SMT-padjandites plaadilt pesas ja kaabel pardale pesas (näiteks SMA).

Joonisel fig 1 näidatud vahelduvvoolu sidestuskondensaatori SMT padja puhul tekib 100 Ω diferentsiaaltakistusega ja 5 MIL vaskfooliumi laiusega PCB marsruudil levival signaalil impedantsi katkestus, kui jõuate laiema vaskfooliumiga (näiteks 30 miliga) SMT padjani. 0603 pakendi laius). Seda nähtust saab seletada võrranditega (1) ja (2).

Vaskfooliumi ristlõike pindala või laiuse suurendamine suurendab riba mahtuvust, mis toob kaasa mahtuvuse katkestuse edastuskanali iseloomulikule takistusele, st negatiivsele liigpingele.

Mahtuvuse katkestuste minimeerimiseks on vaja välja lõigata otse SMT padja all olev võrdlustasandi ala ja luua sisekihti vasest täidis, nagu on näidatud vastavalt joonistel 2 ja 3.

See võib suurendada kaugust SMT padja ja selle võrdlustasandi või tagasivoolutee vahel, et vähendada mahtuvuse katkemist. Samal ajal tuleb sisestada mikroõmblusavad, et luua elektrilised ja füüsilised ühendused algse võrdlustasandi ja sisemise uue võrdlusvaskfooliumi vahel, et luua õige signaali tagastustee ja vältida EMI kiirgusprobleeme.

Kuid kaugust "d" ei tohiks liiga palju suurendada, vastasel juhul ületab riba induktiivsus riba mahtuvuse ja põhjustab induktiivsuse katkemist. Kus:

Riba mahtuvus (ühik: PF);
Riba induktiivsus (ühik: NH);
Iseloomulik impedants (ühik: Ω);
Ε = dielektriline konstant;
Padja laius;
Padja pikkus;
Padja ja alumise võrdlustasandi vaheline kaugus;
Padja paksus.

Sama kontseptsiooni saab rakendada ka plaadi ja plaadi (B2B) ja kaabli ja plaadi (C2B) SMT-plokkide jaoks. pesas.

Ülaltoodud kontseptsioonide kontrollimine viiakse lõpule TDR-i ja sisestuskao analüüsi abil. Analüüs viiakse lõpule SMT-padja 3D-mudeli loomisega empro tarkvaras ja seejärel importimisega võtmevaatereklaamidesse TDR-i ja sisestuskadude simuleerimiseks.

1. Analüüsitakse vahelduvvoolu sidestusmahtuvuse SMT padja efekti

SMT 3D-mudel keskmise kaoga substraadiga on loodud empro-s, milles paar mikroriba diferentsiaaljälge on 2 tolli pikk ja 5 MIL lai, kasutavad ühe otsaga režiimi ja asuvad võrdlustasandist 3.5 miili kaugusel. Jäljepaar siseneb 30mil laiuse SMT padja ühest otsast ja viivad teisest otsast välja.

Joonisel fig 4 ja joonisel fig 5 on näidatud vastavalt simulatsiooniga saadud TDR ja sisestuskao diagrammid.

SMT konstruktsiooni põhjustatud impedantsi ebakõla ilma võrdlustasapinda lõikamata on 12 Ω ja sisestuskadu - 6.5 db 20 GHz juures. Kui võrdlustasandi ala SMT padja all on lõigatud (kus "d" on seatud väärtusele 10mil), saab mittevastavuse impedantsi vähendada 2 Ω-ni ja sisestuskadu sagedusel 20 GHz saab vähendada -3 dB-ni.

"d" edasine suurendamine põhjustab riba induktiivsuse ületamist mahtuvusest, mille tulemuseks on induktiivsuse katkestus ja halb sisestuskadu (st - 4.5 db).

2,B2B SMT padi efekt pesa analüüsitakse

B3B SMT-plaadi 2D-mudel pesa on kehtestatud empro-s, kus tihvtide vahe on pesa on 20MIL ja tihvti laius on 6mil. Padja on ühendatud paari mikroribaga diferentsiaalmarsruutimisega, mille pikkus on 5 tolli ja laius 5 MIL, mis kasutab ühe otsaga režiimi ja marsruutimine on võrdlustasandist 3.5 miili kaugusel.

SMT padja paksus on 40mil koos pesa tihvtid ja joodis, mis on peaaegu 40 korda suurem kui mikroriba PCB juhtmestiku paksus.

Vase paksuse suurenemine toob kaasa mahtuvuse katkemise ja suurema signaali sumbumise. Seda nähtust võib näha TDR-i ja sisestuskao simulatsiooni diagrammidelt, mis on näidatud vastavalt joonistel 6 ja 7.

Impedantsi mittevastavust saab minimeerida, lõigates välja vase ala sobiva vahega "d" (st 7mil) otse SMT padja all.

3. Kokkuvõte

Selle dokumendi analüüs näitab, et võrdlustasandi ala lõikamine otse SMT padja all võib vähendada impedantsi mittevastavust ja suurendada ülekandeliini ribalaiust.

SMT padja ja sisemise võrdlusvaskfooliumi vaheline kaugus sõltub SMT padja laiusest ja SMT padja efektiivsest paksusest, sealhulgas pesa tihvtid ja joodis. Kui tingimused seda võimaldavad, tuleb enne PCB tootmist läbi viia 3D modelleerimine ja simulatsioon, et tagada rajatud edastuskanali hea signaali terviklikkus.

See sisu pärineb võrgu / pilve aju mõttekoja näitusest. See veebisait pakub ainult kordustrükki. Selle artikli vaadetel, seisukohtadel ja tehnoloogiatel pole selle veebisaidiga mingit pistmist. Rikkumise korral võtke meiega ühendust, et see kustutada!

Eelmine: IQ kvadratuurmodulaatori põhiteadmised ja testi üksikasjad
Järgmine: RF-mikrosüsteemide integratsioonitehnoloogia süsteemi ja selle arendusvormi uurimine