多層PCB過孔轉換結構的信號完整性分析.pdf

1、在多層印制電路板(PCB)中，過孔轉換結構被廣泛地用于不同層之間的信號連接。當傳輸高頻信號時，過孔的存在會導致電源/地平面結構信號返回路徑阻抗不連續(xù)，從而引起信號完整性問題，影響信號傳輸質量，進而妨礙高速PCB的設計。
　　本文主要采用常單元邊界元法和腔模諧振法對多層PCB電源/地平面結構進行建模分析與計算。首先，對存在單個和多個信號過孔的電源/地平面結構進行分析計算，計算出電源/地平面返回路徑的輸入阻抗，并提取出過孔的等效集總電

2、路模型，同時結合PSpice軟件仿真過孔的S參數(shù)，再在信號過孔周圍添加短路過孔的方法來改善過孔對信號傳輸及串擾的影響。然后，闡述了兩種求解多層PCB過孔轉換結構的級聯(lián)方法，包括過孔等效電路模型的級聯(lián)方法和二端口網(wǎng)絡[ABCD]矩陣級聯(lián)S參數(shù)方法，仿真分析了多層PCB多個平面之間過孔級聯(lián)的S參數(shù)。最后，采用三維全波電磁場分析軟件HFSS仿真分析了不同差分過孔結構參數(shù)對信號傳輸?shù)挠绊?。由三維電磁場有限元軟件ANSYS和HFSS驗證了計算方法

3、的準確性。
　　研究結果表明:多層PCB電源/地平面返回路徑的輸入阻抗在反諧振頻率處出現(xiàn)極大值，造成高頻信號經(jīng)過過孔時的傳輸效率很低，并使多過孔之間的耦合程度達到極大值。采用過孔等效電路模型的級聯(lián)方法或者[ABCD]矩陣級聯(lián)S參數(shù)的方法均可求解多層PCB過孔轉換結構的級聯(lián)問題。在多層PCB中使用差分過孔傳輸差分信號時，減小過孔半徑和焊盤半徑，增大反焊盤半徑，并減小差分過孔的中心距，有利于提高高頻信號通過差分過孔時的傳輸性能。