挠性印制板拐角防撕裂结构信号传输性能分析

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从广义上讲,信号完整性指电子产品中由传输线引起的所有问题,主要研究互连线的电气特性对数字信号波形所造成的不同影响。信号波形的失真可能由多种不同的原因引起,但是反射、串扰和地弹这3种干扰问题最受关注。挠性印制板(FPC)的走线与其毗邻的参考接地面形成了简单的传输线,FPC印制线拐角防撕裂结构是一种常见的传输线特性阻抗不连续性结构,在高频电子产品中广泛应用,如图1所示。研究其信号完整性问题有助于提高电子整机的电可靠性。


    目前电子设备的工作频率越来越高,信号传输路径的信号完整性问题,特别是FPC的信号完整性问题尤为突出。文中针对FPC拐角不同防撕裂结构对信号传输性能的影响问题进行了研究。分析了FPC印制线圆弧拐角特性阻抗的突变及其对信号完整性的影响,采用时域有限差分法,研究了内直角结构,内圆角结构,内角钻孔结构,内角圆环铜堤结构,内角线性铜堤结构5种不同结构的多端口理论传输特性,并从电磁场分布情况分析了多种FPC印制线拐角防撕裂结构的特性。

1 FPC圆弧拐角模型分析
    HFSS可以精确地计算传输线的电磁特性,得到其S参数。S参数指的是建立在入射波、反射波关系基础上的网络参数,以器件端口的反射信号以及从该端口传向另一端口的信号来描述电路网络。
    首先建立FPC圆弧拐角的结构模型,为了更好地分析拐角结构对信号传输的影响,将拐角处一段结构不同的两条传输线单独提取出来,如图2所示。


    为了分析其全波传输特性,输入输出的电压电流可用一个4端口网络来描述,其等效形式如图3所示。


    网络S参数的定义可由bi(i=1,4)和ai(j=1,4)之间的关系给出,即
   
    或写成矩阵形式,有:b=Sa
    图4为描述这种电路的S参数矩阵,这种S参数所描述的网络可被看作是单端网络。


    为了量化分析这些结构的影响,文中选择了频域的S参数S21(插入损耗)、S31来分析印制线的传输性能。S21表示单根印制线信号衰减的量级,S31表示近端串扰的大小,因为远端串扰影响因素比较复杂,本文中分析串扰大小时采用近端串扰曲线。