漸近線能改善信號質(zhì)量嗎？

由于工作原因，經(jīng)常在網(wǎng)上看到這個圖，似曾相識。

想起來了，這是島主二十多年前用Lotus Wordpro文字處理軟件畫出來的，這文檔居然也漏到外網(wǎng)了。

這是漸近線：如果50歐微帶線線寬與元件焊盤寬度差異較大時(shí)，采用漸近線，成為當(dāng)年的一項(xiàng)PCB設(shè)計(jì)規(guī)則，理由是改善信號質(zhì)量，真是人云亦云。。。。。。

現(xiàn)在再看，這規(guī)則有問題。

數(shù)字板上也有類似的規(guī)則，淚滴如下圖所示：

那么，漸近線（淚滴）能改善信號質(zhì)量嗎？

答案是：不能！

相反，絕大多數(shù)情況下，漸近線（淚滴）會惡化信號質(zhì)量。

有些射頻芯片體積小，管腳多，如下圖左所示，每個管腳都很細(xì)小。

按下圖右建立HFSS模型：

微帶線阻抗50歐，黑色焊盤也設(shè)置一個端口，阻抗50歐，掃描漸變長度分別為0、1、2、3mm，仿真回波損耗，分別如下：

顯然，細(xì)焊盤連接50歐寬線，漸變長度越長，回波損耗指標(biāo)越差。也就是說，如果不漸變，指標(biāo)反而較好！

細(xì)焊盤布線建議

按照分布電感與分布電容比值看瞬時(shí)阻抗：比微帶線細(xì)的焊盤本身呈感性，中間那段漸變線仍然呈感性，違背了阻抗匹配的第一原則：感性容性成比例互配。感性增多，就要用容性匹配，在頻率很高時(shí)，應(yīng)該如右下圖所示的冀形：

冀形尺寸由仿真確定，仿真結(jié)果對比如下：

同樣，射頻PCB上也有這種細(xì)線配寬焊盤的：

建HFSS模型如上圖右所示，仿真結(jié)果如下圖所示：

顯然，寬焊盤連接50歐細(xì)線，漸近線越長，回波損耗指標(biāo)越差。也就是說，如果不漸變，指標(biāo)反而較好！

相對于50歐微帶線和50歐器件來說，寬焊盤呈容性，漸變線比微帶線寬，也呈容性，在同一個位置，容性與容性是疊加的，導(dǎo)致阻抗更不匹配。

上面所說“PCB上的寬焊盤呈容性”，并不是意味著這個器件的管腳阻抗呈容性。廠家提供的器件評估板比實(shí)際產(chǎn)品板簡單，層數(shù)少，介質(zhì)厚度可以做厚些，微帶線寬與器件焊盤寬度差別不大，所以信號路徑上的瞬時(shí)阻抗更容易調(diào)到接近50歐器件阻抗，可能不需要挖空地平面，也不需要漸變線。

以微帶線（線寬W）上存在寬焊盤（約2W*4W）為例。如下圖左。

如何減小寬焊盤的分布電容？要挖空地平面以減小平板面積、或者說增大平板間距（原來間距是1-2層，挖空之后變?yōu)?-3層間距）。如上圖右。

這個做法同時(shí)使得寬焊盤位置的回流路徑變大了：從第2層回流到第3層，或者是從寬焊盤繞邊走。

這種挖空第二層地平面的措施，可使回波損耗從-8dB優(yōu)化至-18dB左右。

看8GHz這個頻點(diǎn)，不挖空地平面的原始模型，回波損耗-10dB。細(xì)黑實(shí)線所示。

• 挖空1倍焊盤面積的地平面，回波損耗再改善6dB。虛線所示。

• 挖空1.2倍焊盤面積的地平面，回波損耗改善4dB。點(diǎn)劃線所示。

• 挖空1.4倍焊盤面積的地平面，回波損耗又改善4dB。粗淺實(shí)線所示。

• 挖空1.6倍焊盤面積的地平面，回波損耗不再改善，而是劣化了。點(diǎn)線所示。

可以看出來，挖空地平面的面積有個最佳值，這個最佳值需要HFSS仿真優(yōu)化確定。

寬焊盤用漸變線不好，細(xì)焊盤用漸變線也不好，那么，為什么要畫漸近線（淚滴）呢？

• 增大焊盤機(jī)械強(qiáng)度：當(dāng)電路板受到外力沖撞時(shí)，導(dǎo)線與焊盤間不易斷開；或者焊接時(shí)，避免多次焊接的高溫使焊盤脫落；或者鉆孔偏向?qū)Ь€時(shí)，避免出現(xiàn)連接處的裂縫而開路；

• 蝕刻均勻；

• 易于清洗蝕刻****，不留清洗死角；

• PCB布線更美觀，充滿浪漫格調(diào)，科幻小說《三體》中出現(xiàn)了流線型淚滴，老外學(xué)中文時(shí)估計(jì)會標(biāo)注成Lady，這個發(fā)音很準(zhǔn)。

對于信號質(zhì)量來說，那么什么樣的焊盤才能用漸變線？

漸變線常用于不同阻抗之間的匹配，如果源端與負(fù)載端都是50歐，就不用漸變線。除非有一端不是50歐。

比如說同一塊PCB上，50歐微帶線要與85歐的微帶線匹配，仿真結(jié)果如下圖所示：

從仿真結(jié)果看。漸變線越長，則仿真結(jié)果越好。這與前面的寬焊盤、細(xì)焊盤的仿真結(jié)果完全相反！

仔細(xì)觀察，漸變線長6mm時(shí)，13GHz回波損耗指標(biāo)最佳。

漸變線長4.5mm時(shí)，18GHz回波損耗指標(biāo)最佳。

漸變線是階梯阻抗線的一種變體。

下圖顯示三個同軸連接器與介質(zhì)波導(dǎo)之間的互連漸變線，當(dāng)做雙方的激勵結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換、阻抗匹配：

圖片來自于網(wǎng)上。

微波射頻PCB中的漸近線。對應(yīng)低頻或數(shù)字PCB中的淚滴。

ü 絕大部分情況下，漸變線（淚滴）會惡化信號質(zhì)量；如果頻率（速率）不高，漸變或不漸變差別不大。

ü 細(xì)焊盤連接50歐寬線，漸變長度越長，回波損耗指標(biāo)越差。也就是說，如果不漸變，指標(biāo)反而較好！建議不漸變、或者采用適當(dāng)尺寸的冀形銅箔匹配；

ü 寬焊盤連接50歐細(xì)線，漸近線越長，回波損耗指標(biāo)越差。也就是說，如果不漸變，指標(biāo)反而較好！建議不漸變、或者采用地平面適當(dāng)尺寸的挖空方式匹配；

ü 漸變線的優(yōu)點(diǎn)在于：增大焊盤及周邊的機(jī)械強(qiáng)度、易于清洗銅箔刻蝕殘液、美觀等等；

ü 漸變線可以看成是多節(jié)階梯阻抗的一種變體，所以常用于不同阻抗之間的匹配；