【導讀】相信有些資歷的工程師都知道，用于同軸連接器的PCB信號發(fā)射，需要從旁協(xié)助。這一類(lèi)的連接器被廣泛應用于印刷電路板中，那么使用通孔根協(xié)助同軸連接器來(lái)發(fā)射PCB信號，這類(lèi)連接器該如何設計？本文就來(lái)解答。
在從事信號完整性/射頻工程師的工作當中，遇到過(guò)的許多客戶(hù)曾提出要求，在用于同軸測試連接器的印刷電路板(PCB)信號發(fā)射的設計方面需要協(xié)助?？蛻?hù)一般將這類(lèi)連接器用于印刷電路板，從而測試其他產(chǎn)品，例如背板或I/O連接器等等。他們希望將測試連接器和印刷電路板信號發(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設備(DUT)。鑒于這一目標，我需要提問(wèn)一些問(wèn)題，以便了解客戶(hù)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(xiàn)的結構是什么？
4.信號路由所在的層有哪些？
5.對于內層上的信號，信號通孔采用反鉆還是盲孔？
6.如果反鉆信號通孔，那么通孔根的最大可能長(cháng)度是多少？
7.測試連接器與信號發(fā)射的所需性能如何（一般指回波損耗或VSWR）？
在印刷電路板的設計領(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)驗法則。因此，我將回答前面列表中的最后三個(gè)問(wèn)題。
對于問(wèn)題7，對于“良好”的信號發(fā)射，本人將其定義為在最大測試頻率下回波損耗不高于20dB的連接器/信號發(fā)射。此外，將信號發(fā)射的帶寬定義為回波損耗超出20dB時(shí)的最大頻率。
圖1 3層上路由信號的反鉆通孔
圖2 2層上路由信號的盲孔
圖3 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發(fā)射的基本傳輸線(xiàn)路圖。該連接器稱(chēng)為同軸線(xiàn)。
圖4
為了簡(jiǎn)化該模型以便可以專(zhuān)門(mén)研究通孔根，我們假設走線(xiàn)和負載處于理想條件，而同軸線(xiàn)和通孔則作為理想的傳輸線(xiàn)。換句話(huà)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(xiàn)=Z根=Z負載=Z0
眾所周知，這些假設其實(shí)并不現實(shí)。比如說(shuō)，走線(xiàn)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在我們了解通孔根和理想負載在并聯(lián)組合后所產(chǎn)生的輸入阻抗。
圖5
該等式在電子表格中可以方便的實(shí)現。
本人已經(jīng)在A(yíng)NSYS?HFSS?中采用各種路由方式、印刷電路板材料和通孔根長(cháng)度來(lái)運行MolexSMA(73251-3480)、2.92毫米(73252-0090)和2.40毫米(73387-0020)壓縮安裝測試連接器。
經(jīng)驗法則：根據匯編的數據，考慮到采用的開(kāi)路通孔根，連接器和發(fā)射信號的最大帶寬的估計值，對于50歐姆系統為阻抗幅值（幅值(Z)列）超過(guò)48歐姆下的頻率。（對于75歐姆系統為超過(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計的頻率。RL20dB模型一列提供了HFSS?模型回波損耗超過(guò)20dB下以GHz計的頻率。（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(xiàn)走線(xiàn)的印刷電路板。
2.4毫米連接器的所有帶寬估計值（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。48GHz下超出最短根長(cháng)度限值，接近2.40毫米接口自身的額定帶寬。
圖6
圖7
紅色=幅值（百分誤差）大于30；藍色=幅值（百分誤差）小于30
對于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(huà)說(shuō)，在該模型中開(kāi)路通孔根不構成限制因素。
此次特定的SMA信號發(fā)射對于采用盲孔的設計是首次嘗試，最終將升至20GHz。為了此次調查研究目的，在模型中添加了通孔根。經(jīng)驗法則再次偏離了較短的通孔根，因為除了這些長(cháng)度的通孔根外，還存在其他問(wèn)題限制著(zhù)發(fā)射帶寬。
結語(yǔ)
1.在應該使系統帶寬達到最大的情況下，不得忽視反鉆通孔的開(kāi)路通孔根。
2.以上所述的“經(jīng)驗法則”似乎是對開(kāi)路通孔根所施加帶寬限值的合理估計。再次強調，此估計值適用于無(wú)法使用或者不會(huì )使用電氣建模工具的人員。
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