PCB設(shè)計中信號完整性問題解析

柔性和剛性-柔性板上的超高速是不可避免的，因為這些板在高級電子產(chǎn)品中越來越多地得到使用。這些系統(tǒng)還需要接地層以進行隔離，并為無線協(xié)議分離RF和數(shù)字參考。高速和高頻率帶來了信號完整性問題的可能性，其中許多問題與PCB中接地層的位置和幾何形狀有關(guān)。

在撓性和剛性-撓性板上提供一致的0 V參考的常見方法是在撓性色帶上使用陰影線或網(wǎng)格狀接地平面。這提供了大的導體，該導體仍然可以在較寬的頻率范圍內(nèi)提供屏蔽，同時仍允許柔性帶彎曲和折疊而不會產(chǎn)生過多的剛性。但是，信號完整性問題出現(xiàn)在兩個領(lǐng)域：

確保一致的走線阻抗，屏蔽和隔離，以及防止在孵化結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)類似纖維編織的效果。

網(wǎng)格地平面設(shè)計

從最基本的意義上講，剖面線的工作原理與其他任何接地平面相同。它旨在提供一致的參考，以便可以將跡線設(shè)計為具有所需的阻抗。任何常見的傳輸線幾何形狀（微帶線，帶狀線或波導）都可以放置在具有網(wǎng)狀接地平面的硬撓性或撓性PCB中。在撓性帶的表面層上放置陰影線的銅區(qū)域可提供與低頻實心銅幾乎相同的效果。

帶網(wǎng)狀接地平面的柔性帶上的帶狀線和微帶布線的常見配置如下所示。

在彈性色帶上網(wǎng)格接地平面圖案。

這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以用在剛性板上，但實際上我從未見過，也沒有客戶要求它。取而代之的是，在撓性/剛性-撓性板中使用網(wǎng)狀圖案，以平衡阻抗控制的需求和合理柔性帶的需求。無論您是設(shè)計跡線還是圖案填充圖案，請遵循靜態(tài)和動態(tài)柔性色帶的最佳實踐以及IPC 2223標準。

阻抗控制

使用單端或差分對的一種選擇是將固態(tài)銅放置在走線正下方的平面層中，并將網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)放置在電路中的其他位置。如果路由變得非常密集，那么您將需要在所有地方使用網(wǎng)格。如果選擇使用網(wǎng)格，則將具有更大的靈活性，但屏蔽隔離度較低，并且阻抗控制條件會發(fā)生變化。

如上所示，網(wǎng)格平面結(jié)構(gòu)具有兩個幾何參數(shù)：L和W。這兩個參數(shù)可以組合為填充因子，也可以合并為被銅覆蓋的網(wǎng)格面積的一部分。更改這些參數(shù)具有以下效果：

假設(shè)其他參數(shù)保持不變，打開網(wǎng)格區(qū)域（通過增加L來增加網(wǎng)格開口）會增加阻抗。這也使色帶更容易彎曲（力較小）。

在保持其他參數(shù)不變的情況下增加W會封閉網(wǎng)格面積，從而增加阻抗。這也使色帶模式難以彎曲（用力更大）。

在使用網(wǎng)格接地平面時，控制標準幾何圖形阻抗的其他參數(shù)具有相同的效果。進入高頻后，您將在傳輸線周圍激發(fā)非TEM模式，甚至可能會看到類似纖維編織的效果。

Flex碳帶中有纖維編織效果嗎？

這是PCB上的網(wǎng)格接地平面非常有趣的地方，因為網(wǎng)格圖案可以開始類似于FR4和其他層壓板中使用的玻璃編織圖案。結(jié)果，我們現(xiàn)在又回到了一種情況，那就是我們不得不擔心正常光滑，相對均勻的基材中的纖維編織效果。當行進信號的帶寬與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的一個或多個諧振重疊時，會發(fā)生這些影響。對于在聚酰亞胺上的L = 60 mil，最低階諧振將為50 GHz。

無論是在剛性PCB板上還是在柔性PCB基板上，這些陰影線結(jié)構(gòu)都可以在數(shù)字信號沿網(wǎng)格接地平面的軌道上傳播時產(chǎn)生強輻射。隨著越來越多的Flex應(yīng)用程序以更高的頻率打開，由于某些原因，我希望在具有網(wǎng)格接地平面的Flex色帶中這些效果會更糟。

高Q共振

就像在常規(guī)的玻璃編織基板中一樣，網(wǎng)孔形成空腔結(jié)構(gòu)，當以特定頻率激發(fā)時，該空腔結(jié)構(gòu)可以支持共振。由于空腔的壁具有高導電性（銅），因此在網(wǎng)格接地平面中的這些諧振空腔將具有非常高的Q值。因此，將具有較低的損耗和較高的Q諧振。這導致增加的空腔發(fā)射和諧振功率損耗。

開放式網(wǎng)格隔離度低

網(wǎng)狀接地平面通常可以確保沿板的邊緣發(fā)射纖維編織腔發(fā)出的任何輻射EMI。由于網(wǎng)格具有開放的空腔，因此隔離度較小，并且還可以沿柔性碳帶的表面輻射。這具有相反的效果：當走線更容易發(fā)出輻射時，它也更容易受到外部EMI的影響。

要解決這些問題，請使用更緊密的網(wǎng)格，就像使用更緊密的玻璃編織以防止纖維編織效果一樣。柔性和剛性-柔性PCB將繼續(xù)成為PCB領(lǐng)域的一部分，并隨著更新的制造能力而變得更加先進。
編輯：hfy