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基礎 電路設計（十）高頻電路用電路板設計技術探索 (7)Ground via的位置對高頻特性的影響 圖 6是為了量測870～890MHz高頻增幅電路的特性，特別設計的仿真分析用電路，具體而言它在誘電體厚度為1.0mm， εr=4.3的CEM-3印刷電路板上進行封裝，測試如何才能獲得10dB以上的等化，以及1.1以下的VSWR(Voltage standing Wave Ratio)特性。*ground via盡可能靠近pad 如圖6的電路可知Transistor的emitter端子與ground之間插入micro strip line model，當作emitter的pad至ground via之間印刷pattern，藉此測試印刷pattern的長度，亦即emitter的pad至ground via之間的距離對高頻特性的影響。等化特性、輸出入阻抗特性(impedance)的測試結果分別如下所述: 等化特性 圖7是emitter直接與ground連接，以及emitter的pad至ground via之間相隔2.0mm時，兩者的通過特性模擬分析結果。圖7(a)是配合模擬分析將LX 設定為1μm的結果；表4是上述兩者等化的差異結果。由圖可知即使是800MHz領域由于插入2.0mm的pad，等化大約會降低3.4～4.4dB。 表4 emitter的pad至ground via之間的距離造成等化的差異結果 file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-29209.png
圖6 870～890MHz高頻增幅器的電路(仿真分析用電路) file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-28611.png file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-22310.png 圖7 Emitter的pad至ground via的距離造成通過特性的差異 輸出入阻抗特性 圖8的Smith chart是emitter直接與ground連接，以及emitter的pad至ground via之間相隔2.0mm時，Transistor (Tr1)的輸出入阻抗(S11,S22) 頻率特性仿真分析結果。由Smith chart可知圖中有S11 與S22 兩條特性曲線，它的中心是50Ω阻抗(imped ance)，VSWR是圖中1.0的點。從Smith chart的中心(50Ω)描繪的兩個同心圓表示 VSWR，內側圓的VSWR為1.5，外側圓的VSWR為2.0。由圖8(a)可知emitter直接與ground連接的場合，880MHz的輸入阻抗 S11與輸出阻抗S22 幾乎都是50Ω，由此可知兩者接近一致(matching)。ground pad在2.0 (LX = 2.0 mm)的位置時，880MHz的輸出入阻抗是在VSWR＝2.0圓的外側上，大幅偏離50Ω的整合條件。
file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-17356.png (a)emitter直接與ground連接時的阻抗特性 file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-2459.png
(b) 距離emitter pad2mm設有ground via時的阻抗特性
圖8 Emitter的pad至ground via的距離造成阻抗特性的差異 根據以上模擬分析結果可知為了獲得良好的高頻電路特性，因此高頻 電子組件的 ground via必需設在pad的近傍。*大直徑via較有利 圖6的Transistor emitter pad分別設有直徑0.4mm與0.2mm的via，如果與圖9的電路作增幅特性差異比較，此處假設via直徑以外的條件，例如模擬分析手法與圖6設有v ia完全相同，且 為0.001mm。根據以上測試條件獲得如圖10所示的通過特性，需注意的是圖10的via直徑分別是0.4mm與0.2mm；表5是兩者的等化差異，由表5可知不同的via直徑會造成-0.5～-0.6dB的等化差異，如果與表5的「emitter直接與ground連接時的通過特性」比較時，via直徑0.4mm的等化值為-1.3～-1.9dB；via直徑0.2m m的等化值為-1.8～-2.5dB。圖11是via直徑為0.4mm與0.2mm時的輸出入阻抗特性，由圖11可知via直徑為0.4mm的VSWR為1.4；via直徑為0.2mm的VSWR為1.6，也就是說直徑為0.4mm的via對整合狀態的影響比較小。
file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-30808.png 圖9 870～890MHz高頻增幅器的電路(仿真分析用電路) file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-339.png
圖10 不同的ground via直徑離造成通過特性的差異 表5 不同的ground via直徑造成等化的差異(模擬分析) file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-26041.png
file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-32178.png
圖11 不同的ground via直徑造成等化的差異(Smith chart) 麥斯艾姆（ massembly）貼片知識課堂，用通俗的文字介紹專業貼片知識。麥斯艾姆科技，全國首家PCB( 麥斯艾姆知識課堂)樣板打板，元器件代采購，及貼片的一站式服務提供者！
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發表于 2013-5-2 15:59:08
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