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PCB抄板导通孔影响的仿真

  
  一个导通孔从微波仿真的角度来看,可以等效成一个二端口网络。一端接输入信号,另一端接输出信号,如果以Port1作为信号的输入端,Port2 作为信号的输出端,微波散射参量的S 21代表传输损耗,表示Port1有多少能量传输到了Port2。本文中的仿真结果将以S21形式体现。
  本文的导通孔仿真是验证性的,其模型与真实的导通孔有很大的差距,仿真数据只做模型间的相对比较,不代表真实结果。本文多用的主要物理(封装)参数为:基板采用FR-4(ε r=4.4),覆铜厚度与导通孔镀层厚度均为0.028 kg(1 oz)。
  传输线上有无导通孔对高频信号的影响是不一样的。表示在0.0127 m(500 mil)的传输线上有导通孔和无导通孔的S 21仿真结果比较,模型中传输线宽度为0.00015 m(6 mil),导通孔长度为0.0016 m(63 mil)。
  带导通孔传输线与普通传输线仿真结果比较不同的导通孔长度对高频信号的影响不同。为四个不同长度的导通孔模型的S 21仿真结果比较,表1为各个模型参数。根据以上仿真结果,可得出以下结论:
  (1)传输线上导通孔的寄生参数会对高频信号产生严重影响;
  (2)随着导通孔长度的增加,S 21表现越恶劣,对高频信号影响越大;
  (3)随着导通孔直径的减小,S 21表现越恶劣,对高频信号影响越大。在高频、高密度PCB中,为避免导通孔的寄生参数对高频信号产生严重影响,在设计之初就应注意:
  (1)PCB上信号走线尽量不换层,即尽量减少不必要的导通孔;
  (2)尽量减小导通孔长度,可以考虑微型孔和Back-Drilling技术,减弱寄生参数的影响;
  (3)合理选择导通孔的直径。电源和地可以考虑增大导通孔以减少阻抗,信号线在成本和工艺允许下尽量减小导通孔直径。