对于高速信号走线的特性阻抗,都需要按照实际要求进行精度控制,所以,任何因设计因素带来的阻抗波动都应该进行优化,如下图所示,为一个12层板设计中的50Ω微带走线,需要在走线之上放置电感;
但是,电感焊盘的使用,导致在原有叠构下,不能保证信号线50Ω阻抗设计要求,因此,需要进行layout设计优化;
控制Pad阻抗的有效办法,是挖空其正下方的金属参考面,如下图所示,通过控制挖空区域的宽度以及层数,达到有效控制阻抗的目的,结合上一张图中的Wp与下图中的Wg,定义了比例值ratio,用于设计优化的尺寸比例控制;
通过下图的仔细对比,可以发现,控制pad阻抗的一般规律:
1. 挖空区域的宽度Wg≥1.75*Wp宽度为宜,当然并非绝对的, ratio值具体要视pad的尺寸、设计的叠构和信号要求(tr)而定;
2. 控制挖空宽度的同时,调整挖空参考面的层数是另一个有效的方式,但是,需要注意,参考面间的介质厚度,如果介质厚度很薄,同时挖空相邻两层参考面会效果显著,反之,则没有必要,同样需要视具体设计而定。
虽然主要关注的是信号线上pad的阻抗控制情况,但对于电感封装中相邻pad间敷铜的处理,同样会影响到之前的阻抗控制结果,如下图所示,即需要控制电感封装焊盘之间预留参考层的宽度--Wdelta;
仿真结果表明,相邻pad之间的参考面会直接影响阻抗:
1. 如蓝色线所示,直接整体挖空参考面是不可取的;
2. 需要配合前述仿真得到的挖空区域宽度进行设计考虑--ratio取值越大,Wdelta就会越小,layout的铺设铜操作难度加大,具体值的选取,建议在具体的应用中进行单独的评估。
控制Wdelta的宽度,对于S12的影响,与ratio配合使用,可以达到很好的效果:
控制Wdelta的宽度,对于S11的影响,与ratio配合使用,可以达到很好的效果:
上述仿真结果,再结合加工工艺的能力,Wdelta=0.2mm是较为合适的。
另一个在实际中经常出现的设计因素,就是stub,这个当然是要避免使用,基本是一个默认的设计规避规则:
如上图所示,假设Lstub=0.5mm,可以发现其对阻抗的影响显著:
假设Lstub=0.5mm,可以发现其对S11的影响显著:
假设Lstub=0.5mm,可以发现其对S12的影响显著:
通过上述的仿真分析,将控制pad阻抗的方法总结如下:
1. 避免在信号线上使用stub;
2. 控制大尺寸pad阻抗的有效方法是:挖空参考面,如果pad宽度大于走线宽度,从挖空相邻层参考面开始进行优化,但需要通过仿真确定ratio值,本例中可取值1.75;
3. 避免整体挖空封装的参考面,尤其是大尺寸的封装,对于Wdelta值的选取,需要按照实际设计情况单独仿真得到,本例中可取值0.2;
除此之外,还需要避免使用过孔。
以上都是基于一级器件(直接与信号线相连)的设计考虑,对于后级的器件,没有这些要求,但是,建议紧凑布局,整体挖空,如下图所示;
以上,在Murata的仿真报告中均有体现,并且,仿真结果显示均一致。
参考文献:
(E)APS-407_Board_design_and_Inductor_s_layout_about_Bias-T_circuit_for_PoC