印制电路板设计与工艺对信号完整性的影响

信号完整性问题是高速数字系统的研究重点,其主要形式有反射、串扰与电磁干扰等。影响信号完整性的物理互连层包括集成电路、芯片封装、印制电路板和系统级连接四个部分,芯片和印制电路板是当前信号完整性研究的主要对象。本文主要阐述了印制电路板设计和工艺对信号完整性的影响。     

过孔残根对信号完整性的影响

印制板上信号传输的高速化要求高效与低损耗,传输速率和频率的提高进一步加大了信号的损耗.内层带状线加通孔过孔的设计是最常见的一种信号传输模式.本文主要研究高速产品设计时内层信号线过孔时对阻抗以及损耗的相关影响.为高速信号在过孔传输中提高阻抗匹配度,降低损耗提供一些可行性建议.     

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.     

印制电路板弯曲绕线对信号传输时延影响的研究

高速印制电路板（PCB）布线通过弯曲绕线的方式,实现PCB布线的物理等长,此方式对信号传播会造成时延影响。通过简单的串扰理论分析,根据不同走线的弯曲状况,使用网络分析仪测试了弯曲走线的时延;再使用电子设计自动化（EDA）仿真软件,对设计的弯曲绕线进行时延仿真验证;最后将仿真与测试的时延结果进行对比,发现仿真与测试的时延结果一致性较好,验证了使用软件进行信号完整性仿真结果的正确性。此结果对PCB实际工程设计有较好的指导意义,最后给出对PCB设计中处理此类弯曲绕线时的工程经验建议。     

一种多端口器件测量技术

给出了一种用二端口矢量网络分析仪(VNA)对多端口器件进行测量的方法,该方法运用简单的迭代法,减小由于其余端口所接负载的非匹配性引入的误差,易于通过软件实现。利用该方法对三端口器件巴伦进行测量,并将最后结果与三端口VNA测得的结果进行比较。比较结果表明,幅度误差小于0.2dB,相位误差小于3°。该方法在多端口VNA不可获得的情况下,可以应用到多端口器件的精确测量上。     

过孔阻抗控制及其对信号完整性的影响

传输线的连续性问题是高速数字电路设计的重点,尤其是高速多层PCB中的过孔结构。随频率的增加和上升时间的缩短,过孔阻抗不连续、寄生电容和电感会引起信号反射和衰减,并导致信号完整性问题。本研究采用矢量网络分析仪研究了单端微带线上过孔孔径、焊盘、反焊盘大小对阻抗连续性的影响,并通过为过孔信号提供返回路径,提高了过孔阻抗连续性与信号完整性。     

高速差分过孔的仿真分析

高速差分信号传输中也存在着信号完整性问题。差分过孔在频率很高的时候会明显地影响差分信号的完整性,现介绍差分过孔的等效RLC模型,在HFSS中建立了差分过孔仿真模型并分析了过孔尤其过孔长度对信号完整性的影响。     

电流返回路径分解的信号完整性分析方法

提出了一种适用于高速互连电路的信号完整性快速仿真方法。根据电流返回路径 不同,该方法将有过孔的三维互连结构分解为电源平面对阻抗模型和微带线模型,先单独分 析两种模型特性,再级联以求解整个互连结构特性。与全波仿真方法相比,本方法在保证准 确度的前提下可将仿真时间从95 min降低至1 min以内。分析了电路板参数、去耦电容和短 路孔对信号完整性的影响,结果表明插入损耗由电源平面结构在过孔位置处的自阻抗决定。 在工程设计中,可采用减小电源平面对结构厚度、添加去耦电容和选择适当的过孔位置等方 法提高信号完整性     

印刷电路板影响信号完整性的频域分析

理论上定性分析了印刷电路板(PCB)印制线拐角的特性阻抗不连续性,及其对信号完整性的影响。利用CSTMICROWAVE STUDIO5.0高频三维电磁场仿真软件,通过数值计算比较了90°弯曲的任意几何结构印制线拐角的信号传输和反射特性,并且将数值结果和现有文献的结果进行了比较,部分数值结果与文献结果一致。数值计算结果表明:印制线拐角传输特性改善的次序依次为:直角圆角内外45°斜切45°外斜切,最佳几何结构为直角弯曲45°外斜切;小于8GHz的频率范围内,直角弯曲45°外斜切拐角的最佳斜切率约为0.535。     

多层PCB介质基板中嵌入高K材料对信号完整性的影响

采用数值仿真分析了多层PCB的电源/地平面中嵌入高K材料对过孔转换信号完整性的影响。研究了电源/地平面间的介质层整体采用高介电常数(高K)材料时信号过孔的S参数,并提出了两种局部添加高K材料的方法,一是在过孔周围布置一个包围过孔的介质柱,二是在过孔周围均匀布置若干个小介质柱。计算结果表明,介质层整体采用高K材料会引起较多的谐振,信号完整性变差;当嵌入介质材料的介电常数足够大时,在过孔周围局部嵌入高K材料的方法可明显增强信号完整性,其中,包围过孔的单个介质柱在高频时的性能良好,而在过孔周围嵌入多个小介质柱在低频时的效果较好。     

PCB设计中同步开关噪声问题分析

印刷电路板设计中的同步开关噪声问题是现代高速数字电路应用的瓶颈之一。介绍了一 种在电路板上施加同步开关报文和温度应力的可靠性测试方法,该方法可以有效暴露电路 板上的同步开关噪声问题。借助噪声测试和阻抗分析手段,对一个由该方法发现的异常问 题进行了分析,通过优化去耦电容和电源平面阻抗,抑制了电路板上的同步开关噪声, 问题得到了完美解决。最后,给出了一些在PCB设计中抑制同步开关噪声的方法和建议。     

基于螺旋谐振环结构的UWB同步开关噪声抑制电源平面

针对目前印制电路板中采用的同步开关噪声抑制方法抑制带宽较窄、全向性较差、电源平面有效使用面积小、结构复杂及对信号质量影响大的问题,提出了一种基于螺旋谐振环结构的超宽带同步开关噪声抑制平面,具有结构简单、阻带宽、抑制方向具有全向性、无需周期性电磁带隙结构的特点。通过研究其等效电路模型,使用三维有限元法( FEM)对所设计的结构提取了S参数,并进行了频域与时域分析与仿真。仿真结果表明：所提出的结构其同步开关噪声抑制深度在-40 dB时,阻带范围为0.13~20 GHz,抑制带宽达到19.87 GHz,有效降低了带隙中心频率;当注入噪声电压为1 V时,可将噪声电压抑制到0.25 mV;对比UC-EBG和Planar EBG结构,在-40 dB抑制深度时,抑制带宽分别提高了16.97 GHz和17.73 GHz。     

埋／盲孔多层印制板制造技术研究

本文对一种具有埋/盲孔结构之多层印制电路板的制造工艺流程进行了简单的介绍,对所采用的制造工艺技术和品质控制进行了较为详细的论述。     

高速电路中的信号完整性分析

随着嵌入式系统速度的提高,信号完整性(Signal Integrity,SI)问题受到越来越多的关注。由于信号质量不理想而造成系统崩溃的现象经常出现。结合系统设计中的实例,对高速信号传输的信号完整性问题作了较为详细的论述。在电路设计初期,通过PROTEL软件对和信号完整性进行分析,仿真结果指导PCB板的设计,可以有效地提高信号的完整性,极大地缩短设计周期,降低设计成本。     

挠性印制板拐角防撕裂结构信号传输性能分析

挠性印制板很容易在大应力的作用下造成开裂或断裂,在设计时常在拐角处采用抗撕裂结构设计以更好地改善FPC的抗撕裂的性能。文中基于三维电磁场仿真软件HFSS,对多种圆弧拐角防撕裂结构的信号传输性能及电磁场分布进行了仿真分析,总结了防撕裂结构对高速电路信号传输性能的影响规律。     

基于矢量拟合的过孔等效电路提取方法

提出了一种用于提取过孔的等效电路模型的方法,该方法通过使用矢量拟合法对散射参数或者导纳参数进行有理函数形式的拟合,建立起与有理函数相对应的等效电路模型.该电路模型既保存了实际印刷电路板过孔的物理结构信息,又很好地解决了信号完整性仿真速度的问题.文章还对单个过孔和差分对过孔进行了等效电路的建模分析,为解决包含过孔的信号完整性仿真问题提供了一种有效的解决方案,并通过与电磁场分析软件Ansoft HFSS 仿真结果的对比很好地验证了所建电路模型的有效性和正确性.     

热风整平无铅焊料工艺研究

把传统热风整平工艺应用于无铅焊料涂覆,对垂直式和水平式多种设备与材料进行试验比较,研究得出相应的无铅焊料涂覆工艺参数。