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在從事信號(hào)完整性/射頻工程師的工作當(dāng)中，遇到過(guò)的許多客戶曾提出要求，在用于同軸測(cè)試連接器的印刷電路板 (PCB) 信號(hào)發(fā)射的設(shè)計(jì)方面需要協(xié)助�？蛻粢话銓⑦@類連接器用于印刷電路板，從而測(cè)試其他產(chǎn)品，例如背板或 I/O 連接器等等。他們希望將測(cè)試連接器和印刷電路板信號(hào)發(fā)射的帶寬提高到最大程度，從而盡可能清楚的了解所需被測(cè)設(shè)備 (DUT)。鑒于這一目標(biāo)，我需要提問(wèn)一些問(wèn)題，以便了解客戶到底想要做些什么。這些問(wèn)題包括： 1. 印刷電路板的材料是什么？ 2. 印刷電路板的堆疊方式是什么？ 3. 傳輸線的結(jié)構(gòu)是什么？ 4. 信號(hào)路由所在的層有哪些？ 5. 對(duì)于內(nèi)層上的信號(hào)，信號(hào)通孔采用反鉆還是盲孔？ 6. 如果反鉆信號(hào)通孔，那么通孔根的最大可能長(zhǎng)度是多少？ 7. 測(cè)試連接器與信號(hào)發(fā)射的所需性能如何（一般指回波損耗或 VSWR）？ 在印刷電路板的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，我個(gè)人常見(jiàn)的一般有三種通孔：經(jīng)由通孔、反鉆通孔和盲孔。示例如下。本文的目的在于提供一種相對(duì)簡(jiǎn)單的方式來(lái)為反鉆通孔建模，并且為無(wú)法使用或者不會(huì)使用電氣建模工具的人員提出一些簡(jiǎn)要的經(jīng)驗(yàn)法則。因此，我將回答前面列表中的最后三個(gè)問(wèn)題。 對(duì)于問(wèn)題 7，對(duì)于“良好”的信號(hào)發(fā)射，本人將其定義為在最大測(cè)試頻率下回波損耗不高于 20dB 的連接器/信號(hào)發(fā)射。此外，將信號(hào)發(fā)射的帶寬定義為回波損耗超出 20dB 時(shí)的最大頻率。 3 層上路由信號(hào)的反鉆通孔 2 層上路由信號(hào)的盲孔 鍍層經(jīng)由通孔（以移除所有無(wú)功能的連接墊） 模型 首先介紹連接器的信號(hào)發(fā)射的基本傳輸線路圖。該連接器稱為同軸線。 為了簡(jiǎn)化該模型以便可以專門(mén)研究通孔根，我們假設(shè)走線和負(fù)載處于理想條件，而同軸線和通孔則作為理想的傳輸線。換句話說(shuō)，這些因素都不存在損耗，具有相同的特性阻抗。 Z同軸 = Z通孔 = Z走線 = Z根 = Z負(fù)載 = Z0 眾所周知，這些假設(shè)其實(shí)并不現(xiàn)實(shí)。比如說(shuō)，走線在退出通孔時(shí)沒(méi)有參考平面，并且我們會(huì)忽略連接墊的任何雜散電容。然而，這些假設(shè)可以使我們清楚的了解通孔或者通孔根這一開(kāi)路的影響�，F(xiàn)在我們了解通孔根和理想負(fù)載在并聯(lián)組合后所產(chǎn)生的輸入阻抗。 現(xiàn)在我們將單獨(dú)檢查開(kāi)路通孔根。該通孔根的輸入阻抗為： 其中l(wèi) = 根長(zhǎng)度 此表達(dá)式可簡(jiǎn)化為： 在余切的參量中，需要替換掉 這樣可以獲得所需形式的開(kāi)路通孔根的輸入阻抗。 該輸入阻抗與理想負(fù)載并聯(lián)。并聯(lián)組合的輸入阻抗為： 可以簡(jiǎn)化為： 將分母消根并簡(jiǎn)化后，最后獲得的輸入阻抗為 該等式在電子表格中可以方便的實(shí)現(xiàn)。 本人已經(jīng)在 ANSYS? HFSS? 中采用各種路由方式、印刷電路板材料和通孔根長(zhǎng)度來(lái)運(yùn)行 Molex SMA (73251-3480)、2.92 毫米 (73252-0090) 和 2.40 毫米 (73387-0020) 壓縮安裝測(cè)試連接器。 經(jīng)驗(yàn)法則：根據(jù)匯編的數(shù)據(jù)，考慮到采用的開(kāi)路通孔根，連接器和發(fā)射信號(hào)的最大帶寬的估計(jì)值，對(duì)于 50 歐姆系統(tǒng)為阻抗幅值（幅值 (Z) 列）超過(guò) 48 歐姆下的頻率。（對(duì)于 75 歐姆系統(tǒng)為超過(guò) 72 歐姆下） 在下頁(yè)的表中，電子表格中的 48 歐姆列提供了電子表格幅值 (Z) 列約為 48 歐姆下以 GHz 計(jì)的頻率。RL 20dB 模型一列提供了 HFSS? 模型回波損耗超過(guò) 20dB 下以 GHz 計(jì)的頻率。（參見(jiàn)本文末尾的圖表。）每個(gè)模型中都包含一個(gè)連接器和采用 5 毫米帶狀線走線的印刷電路板。 2.4 毫米連接器的所有帶寬估計(jì)值（電子表格中的 48 歐姆）都處于模型回波損耗 20dB 下實(shí)際頻率的 30% 范圍內(nèi)。48GHz 下超出最短根長(zhǎng)度限值，接近 2.40 毫米接口自身的額定帶寬。 紅色 = 幅值（百分誤差）大于 30；藍(lán)色 = 幅值（百分誤差）小于 30 對(duì)于 2.92 毫米連接器來(lái)說(shuō)，0.15 毫米通孔根的限值也是 48GHz，超出 2.92 毫米接口的額定帶寬。換句話說(shuō)，在該模型中開(kāi)路通孔根不構(gòu)成限制因素。 此次特定的 SMA 信號(hào)發(fā)射對(duì)于采用盲孔的設(shè)計(jì)是首次嘗試，最終將升至 20 GHz。為了此次調(diào)查研究目的，在模型中添加了通孔根。經(jīng)驗(yàn)法則再次偏離了較短的通孔根，因?yàn)槌诉@些長(zhǎng)度的通孔根外，還存在其他問(wèn)題限制著發(fā)射帶寬。 通孔根研究：SMA 通孔根研究：2.92 毫米 通孔根研究：2.4 毫米 結(jié)論 1.在應(yīng)該使系統(tǒng)帶寬達(dá)到最大的情況下，不得忽視反鉆通孔的開(kāi)路通孔根。 2.以上所述的“經(jīng)驗(yàn)法則”似乎是對(duì)開(kāi)路通孔根所施加帶寬限值的合理估計(jì)。再次強(qiáng)調(diào)，此估計(jì)值適用于無(wú)法使用或者不會(huì)使用電氣建模工具的人員。人員。 |
