平面切换对信号传输特性影响的一种分析方法

采用"场"、"路"结合的方法研究了多层印制电路板参考平面的切换对信号完整性的影响.分析了过孔转换结构中返回电流的路径,通过"场"的方法获得两参考平面间的瞬态阻抗.将过孔转换结构等效为二端口网络,推导了基于等效电路拓扑结构的S参数与节点电压的关系,获得S参数的计算公式.计算了5 GHz内不同的过孔半径和参考面间距的回波损耗与插入损耗.结果表明:返回电流所受到的阻抗随参考平面间距的减小.而减小信号过孔的半径越小,回波损耗就越小,插入损耗越大,过孔转换结构对信号完整性的影响也越小.计算结果与全波有限元电磁仿真的结果基本吻合.     

45°准同轴微波多层过孔TDR仿真技术

准同轴微波多层过孔是微波多层印制技术中常用的跨层互连形式,当互连结构较为复杂时,其微波性能会对系统指标构成较大影响,目前研究微波过孔的手段还主要局限于理论推导和频域仿真。首次使用TDR仿真技术,对45°准同轴微波多层过孔进行了建模、仿真和分析,并对过孔尺寸进行了优化,所得到的微波多层过孔结构具有较理想的50Ω阻抗特性,同时在很宽的频带内展现出良好的微波特性,进而验证了TDR仿真方法在分析准同轴微波多层过孔结构上的有效性。     

轻松制作双面印制电路板

预涂布感光覆铜板既可以用来轻松制作单面印制电路板,又可以在业余条件下制作双面印制电路板。其主要特点是省时快捷,即做即得,对于科研、教学、单块小批量业余电子制作是非常便利的。以下介绍用“即时得”预涂布感光覆铜板（供货信息见本期插页广告）制作双面印制电路板的具体方法。１．画双面印制电路板图用手工或电脑（ｐｒｏｔｅｌ）绘制印制电路板图的方法在许多报刊、杂志、书籍上已有详细的报导,这里只强调两点：一是画电路板图时过孔要少,尽量用元件的引脚作电路板的过孔;二是画定位孔。画完双面电路板图以后,在离电路板图外…     

复杂互连结构传输性能分析及等效电路

信号完整性在某种程度上已经成为了限制当前高速电子系统设计与发展的瓶颈.建立了由过孔、焊点、印制线构成的高速电路板复杂互连结构单元模型,在1 ～ 10 GHz频率范围内针对模型进行信号传输性能的研究.用高频结构仿真器(HFSS)针对不连续区域内印制线不同长度、焊盘不同半径进行仿真分析,总结这些参数对信号传输性能的影响,提出了复杂互连结构的等效电路模型,并提取参数值进行对比验证.结果表明,随着印制线长度的增加、焊盘半径的增加,信号传输的回波损耗(RL)越来越强.用先进设计系统(ADS)软件对等效电路进行模拟,其回波损耗在1～6 GHz频率范围内与HFSS仿真结果相差不超过1 dB,在6～10 GHz频率范围内相差不超过2 dB.     

分割单元对电源/地平面输入阻抗影响的研究

研究了在多层印制电路板电源/地平面过孔周围布置具有桥接结构的蚀刻分割单元时过孔信号的返回路径阻抗及转移阻抗。分析了分割单元尺寸变化对返回路径阻抗的影响。采用二维边界元法进行了数值分析,并通过全波有限元分析软件进行了仿真验证。研究结果表明,在频率较高时,分割单元会激发较多的谐振峰值,返回路径阻抗大幅上升,但有助于降低噪声耦合。     

PCB布线中的过孔和电容效应分析和结构优化

在多层PCB布线中,过孔和电容是常见的不连续结构。信号线在不同平面间转换传输路径时,过孔与回流层之间的寄生电容与寄生电感将引起信号完整性的相关问题;而常用的传输线上的AC耦合电容等,引入了阻抗突变的结构,由此带来了反射等相关问题。通过对多层PCB上的过孔进行建模仿真,研究不同变量对过孔性能的影响趋势,以协助信号完整性问题的分析;通过对电容阻抗突变处进行不同形式的补偿,仿真和测试结果相验证,得到提高信号传输质量的解决方案。     

差分过孔焊环及反焊环对高速信号完整性影响的实验研究

借助矢量网络分析仪研究了高速印制电路板信号层差分阻抗过孔焊环与相邻层反焊环尺寸对差分过孔阻抗、高速信号插入损耗及回波损耗的影响情况。结果表明,当焊环尺寸从2mil逐渐增大至 12mil时,过孔阻抗从84Ω 逐渐减小至75.8Ω,差分链路上的回波损耗及插入损耗则随阻抗匹配度减小而劣化,当相邻层反焊环尺寸从 8mil逐渐增大至20mil时, 过孔阻抗从79Ω逐渐增大至 84.6Ω,差分链路上的回波损耗及插入损耗则随阻抗匹配度增加而减小。     

过孔转换信号完整性分析的区域分解有限元法

提出了一种基于区域分解的二维有限元法分析多层印制电路板电源/地平面中过孔转换结构的信号完整性.过孔电流产生的电磁场呈三维结构,其中,一部分电磁波沿过孔轴向传输,另一部分电磁波在电源/地平面间沿径向传播.采用一虚拟柱面将求解区域分割为过孔区和电源/地平面区.将过孔区建模为以周向磁场为主分量的二维轴对称问题,而将电源/地平面区建为以垂直电场为主分量的二维模型.首先求解电源/地平面区的二维边值问题获得分割边界上节点的波阻抗,然后将该波阻抗代入过孔区模型中分割边界节点的边界条件,从而计算出过孔信号传输的S参数.所提方法通过模型缩减可实现对微细过孔结构信号完整性的精确快速计算,且采用全波电磁场分析软件对算法的有效性和准确性进行了验证.     

印制电路板设计的电磁兼容性分析

阐述了电磁环境日益复杂的情况下,印制电路板电磁兼容性设计在电子产品设计中的必要性,并在分析印制电路板造成信号传输损失、电磁能量辐射形成机理的基础上对印制电路板设计中影响印制线条阻抗的因素、阻抗匹配的重要性和如何控制信号传输线的阻抗,以及印制电路板的地线结构作了分析,从避免印制电路板形成辐射和提高其抗干扰能力的角度阐述了在印制电路板上如何合理布置地线及地线网格、地线面的应用方法,最后分析了印制电路板的布线原则。     

多层PCB 电源地平面返回路径阻抗的边界元分析

研究了多层印制电路板(PCB)中含有一个信号过孔的电源/地平面返回路径阻抗的频域特性,并分析采用添加短路过孔的方法减小多层PCB的输入阻抗.电源/地平面形成了径向传输线结构,反焊盘处的输入阻抗即为信号电流在电源/地平面间的返回路径阻抗.在电源/地平面外部边界施加PMC(完全导磁体)边界条件,在反焊盘处施加电流激励源,短路过孔轴向电场为零,采用高效的二维边界元法求解.计算了10GHz内电源/地平面返回路径的输入阻抗.结果表明:在两特性相同的平面之间添加短路孔可以降低输入阻抗,同时,电源、地平面的输入阻抗随频率变化交替呈现容性或感性,在反谐振频率处输入阻抗值可达几百欧姆,此外,在频率较低时输入阻抗可用静态电容或静态电感表示.采用基于全波分析的有限元软件验证了计算结果和计算方法的正确性.     

Board level investigation of BGA solder joint deformation strength

In this paper we present a method to determine the stress in BGA solder joints on complex, real assembled circuit boards.To be able to investigate the mechanical effects of post-reflow assembly within the solder joints of BGA components, it is necessary to undertake a mechanical investigation at board level by taking into consideration the effect of the adjacent components and the interconnection layer layouts.In our project, we have developed a method of how to investigate the board level deformation strength of BGA joints. The elastic properties of a real assembled circuit board and of a circuit bare board are measured; an FEM model is then created, both of the bare board and of the assembled printed circuit board taking into account the layout of the interconnection layers. The advantage of this PCB FEM model is that the deformation of a PCB of any size and for any load can be calculated quickly using any ordinary computer. In our project, we also have created another detailed FEM model for the BGA solder joints.Using the constructed FEM models, we are able to determine the stress in BGA solder joints on a real electronic product for a typical type of load (i.e. bending of PCB) thereby verifying our method. Since the simulated results correspond well to previous literature written on this topic, we consider that our method is appropriate for calculating stress in the solder joints of multi-lead components on complex, fully assembled circuit boards.     

PCB电路电磁脉冲效应混合仿真方法

电磁脉冲作用于屏蔽腔内的微带线电路的过程十分复杂。目前已有的研究存在局限,缺少将场分析与电路分析结合起来的研究方法。通过一个混合模拟方法计算了电磁脉冲辐照下的含屏蔽腔的微带线电路上的耦合电压。该方法通过建立腔体与微带线的电磁拓扑模型,利用BLT方程计算得到电磁脉冲在微带线上的耦合电压,结果表明电场强度为1 000 V/m的电磁脉冲会在微带线终端产生1.5 V左右的耦合电压。通过电路仿真软件仿真计算了外辐射场对电路工作状态造成的影响,外辐射场在300 V/m时会影响信号放大电路的正常工作。     

Failure investigation on copper-plated blind vias in PCB

Failures like open circuit are always encountered in PCBs (printed circuit boards) due to defects in the blind vias. In this paper, systematic analysis such as macro and micro observation was carried out on cracking blind vias in PCB used for mobile phones. The predominant cracking mechanism of sulfur segregation in form of Cu_xS, which was generated by the excessive use of brightener additive, was proposed for the first time. Meanwhile, grain coarsening in copper deposition led by inappropriate current density was the other main cause for ductility decreasing in the plating layer. Complementarily, microcrack propagation was explained based on the finite element method (FEM) results of stress distribution after thermal cycling. Finally, suggestions and countermeasures were addressed, which were of importance for reference to the structural integrity and electrical reliability of blind vias in PCB during process and service.     

Lumped-circuit model extraction for vias in multilayer substrates

Via interconnects in multilayer substrates, such as chip scale packaging, ball grid arrays, multichip modules, and printed circuit boards (PCB) can critically impact system performance. Lumped-circuit models for vias are usually established from their geometries to better understand the physics. This paper presents a procedure to extract these element values from a partial element equivalent circuit type method, denoted by CEMPIE. With a known physics-based circuit prototype, this approach calculates the element values from an extensive circuit net extracted by the CEMPIE method. Via inductances in a PCB power bus, including mutual inductances if multiple vias are present, are extracted in a systematic manner using this approach. A closed-form expression for via self inductance is further derived as a function of power plane dimensions, via diameter, power/ground layer separation, and via location. The expression can be used in practical designs for evaluating via inductance without the necessity of full-wave modeling, and, predicting power-bus impedance as well as effective frequency range of decoupling capacitors.     

CO2激光直接钻孔工艺的前后处理

近几年,电子产品朝轻,薄,短,小化迅速发展,印制线路板也随着这股潮流朝向高密度封装方向发展。尤其是积层板总数的增加和导通孔以及连接盘的小径化也日益显著。对于积层线路板而言,用来加工层间连接的盲通孔(BVH)的激光方法取决于导通孔和连接盘径。激光器分为CO2激光和UV-Yag激光两种。导通孔径为60μm以上时,则一般用CO2激光加工。由于铜在CO2激光的波长(9.3μm～10.3μm)领域中的吸收比很低,因此"保形法"(在表面铜箔上,蚀刻出需要的加工孔径(开铜窗),再以激光打掉树脂)成为了现在的主流。然而,由于保形法需要蚀刻开铜窗,因此增加了形成图形的工序,而且导通孔的定位取决于下层的定位标记,容易发生错位。随着积层板层数的增加,导通孔和连接盘的小径化发展,越来越需要提高加工速度和定位精度。因此,同时对铜和树脂进行加工的"直接钻孔法"开始被关注。直接钻孔法是根据格柏数据进行导通孔的定位,因此,即使导通孔/连接盘径越趋小型化,也不会发生错位,是一种能够推进多层化,高密度化的先端技术。本文讲述了以直接钻孔法形成高可靠度导通孔时所需的技术和药品。     

一种80 MHz隔离式DC-DC变换器

介绍了一种80 MHz隔离式DC-DC变换器,无芯PCB变压器实现了VHF隔离,利用交叉耦合电路和无芯PCB变压器形成持续振荡,采用肖特基二极管作为整流器件,电压反馈环路保证整个系统能够稳定输出。采用FEM和EDA软件实现了无芯PCB变压器的设计和整体电路的仿真。测试结果表明,该变换器能够提供3.3 V隔离电压输出和0.3 W功率输出,效率约为43%。     

去耦电容在PCB中的应用

介绍在PCB板上添加去藕电容进行EMC和信号质量的优化设计方法。详细说明在添加去耦电容时，去耦电容取值大小的计算、电容类型的选择、去耦电容的摆放、不同线路的频率和上升速度大小、线路板各层之间以及时钟的自协调频率的配合、防止共振的产生等这些应用去耦电容时关注和考虑的内容。     

信号线跨分割SI数值仿真

以信号线跨分割现象为切入点,探讨高速PCB传输线互连设计方法。先用有限元法仿真计算S参数,然后通过矢量拟合（VF）方法提取等效电路参数,最后分析不同结构参数对高速数字信号完整性（Si）的影响。