账号:
密码:
智动化 / 文章 /

使用通孔短截线为同轴PCB连接器发射讯号的简单方法
[作者 Molex]   2015年07月28日 星期二 浏览人次: [10650]


在担任讯号完整性/射频工程师时,许多客户要求我协助他们设计针对同轴测试连接器的印刷电路板讯号发射(PCB launch) ,例如 Molex 零件编号 73387-0020。客户一般会将这类连接器应用在那些为测试其他产品(例如背板或 I/O 连接器)而设计的印刷电路板上。为了充分地了解待测件(DUT),他们希望将测试连接器和印刷电路板讯号发射的频宽提高到最大。为了达到这个目标,我会向客户提出一连串问题,以了解客户到底想要做什么。这些问题包括:


1. 印刷电路板的材料是什么?


2. 印刷电路板采用什么堆叠方式?


3. 传输线采用什么结构?


4. 讯号路由所在的位置,是在哪一层或哪些层?


5. 对于内层上的讯号,讯号通孔采用反钻(back-drilled)还是盲孔?


6. 如果使用反钻讯号通孔,那么短截线(stub)的最大可能长度是多少?


7. 测试连接器与讯号发射的所需性能如何(一般指回波损耗或 VSWR)?



图1
图1

在设计印刷电路板时,一般常见到的通孔型式有三种:贯穿通孔(through-hole)、反钻通孔和盲孔。如下图所示。本文之目的在于提供一种相对简单的方式来为反钻通孔建模,并且为不使用或无法获得电气建模工具的人员提供一些简要的经验法则。因此,我将探讨上文所列的最后三个问题。


关于问题 7,对于「良好」的讯号发射,本人将其定义为在最大测试频率下回波损耗不高于 20dB 的连接器/讯号发射。此外,我将讯号发射的频宽定义为回波损耗超出 20dB 时的最大频率。



图2
图2

图3
图3

图4
图4

模型

首先介绍连接器讯号发射的基本传输线路图。我们以同轴线代表该连接器。



图5
图5

为了简化该模型以便专注研究通孔短截线,我们假设走线和负载成为了理想的负载,而同轴线和通孔则是理想的传输线;换句话说,这些器件都不存在损耗,而且具有相同的特性阻抗。


诚然,这些假设并不符合现实。比如说,走线在退出通孔时没有参考平面,而且我们也忽略了连接垫的杂散电容。然而,这些假设可以使我们清楚地了解通孔(或者开路)短截线的影响。现在我们检视一下该短截线和理想负载在并联组合后所产生的输入阻抗。



图6
图6

本人曾经在ANSYS HFSS 中采用各种路由方式、印刷电路板材料和短截线长度来运行Molex SMA (73251-3480)、2.92 毫米(73252-0090) 和2.40 毫米(73387-0020) 压缩安装测试连接器。


经验法则:根据汇编的资料,对50 欧姆系统而言,阻抗幅值(Mag(Z) 行)在某一特定频率下将超过48 欧姆(对于75 欧姆系统而言则超过72 欧姆);考虑到采用的开路短截线,这个频率的估计值就是连接器和发射讯号的最大频宽


当试算表中的 48 欧姆列提供了以 GHz 计算的频率;在此一频率下,试算表Mag(Z) 列的值约为 48 欧姆。 RL 20dB 模型的列提供了以 GHz 计算的频率,此时,HFSS? 模型的回波损耗超过 20dB 。 (参见文末的图表。)每个模型中都包含一个连接器和具有 5 毫米带状走线的印刷电路板。


2.4 毫米连接器的所有频宽估计值(试算表中的 48 欧姆)都处于模型回波损耗 20dB 下实际频率的 30% 范围内。在48GHz 下,最短的短截线长度超出限值,接近 2.40 毫米介面本身的额定频宽。


对于 2.92 毫米连接器来说,0.15 毫米短截线的限值也是 48GHz,超出 2.92 毫米介面的额定频宽。换句话说,开路短截线在该模型中并不是限制因素。


此次特定的 SMA 讯号发射,是首次尝试采用盲孔的设计,这个盲孔最终将升至 20 GHz。为了此次调查研究目的,在模型中添加了通孔短截线。经验法则再次偏离了较短的短截线,因为除了这些长度的短截线外,还有其他问题对发射频宽施加了更大的限制。



图7 : 通孔短截线研究:SMA
图7 : 通孔短截线研究:SMA

图8 : 通孔短截线研究:2.92 毫米
图8 : 通孔短截线研究:2.92 毫米

图9 : 通孔短截线研究:2.4 毫米
图9 : 通孔短截线研究:2.4 毫米

结论

1. 在应该使系统频宽达到最大的情况下,千万不要忽视反钻通孔的开路短截线。


2. 以上所述的“经验法则”似乎是对开路短截线所施加带宽限值的合理估计。再次强调,此一估计值适用于无法使用或者不会使用电气建模工具的人员。


( 本文作者BRIAN O'MALLEY为Molex公司射频专案高级工程师 )


相关文章
乙太网路和工业乙太网路有何不同?
乙太网路在自动化产业中的应用(一)工业乙太网路解决方案的应用
简化高电压、高电流变频器
台湾PCB国家联盟队正式成立
打造新世代半导体制程 SEMI 雷射国际论坛剖析趋势
comments powered by Disqus
  相关新闻
» 全球假冒疫情网路威胁升高 趋势科技发布3大资安风险
» Molex取得医疗保健产业技术进步 开发诊断、治疗与监测解决方案
» Molex荣获美国《自动驾驶汽车技术》杂志编辑评选大奖
» Molex获颁思科2019年卓越技术赋能奖
» BittWare和Achronix宣布达成策略协作 推出企业级PCIe加速卡产品
  相关产品
» Molex推出自订电缆产生器 建构专属电缆线束的线上工具
» Molex开发CoreSync物联网网路平台 建构工业4.0基础
» Molex下一代车载乙太网平台 实现完整的车辆生态系统
» Molex推出Micro-Latch 2.00毫米线对板连接器系统
» Molex推出新型MicroTPA 2.00毫米 线对板和线对线连接器系统