柔性PCB中網(wǎng)格接地平面的信號完整性

2020-10-23

柔性和剛性-柔性板上的超高速是不可避免的，因為這些板在高級電子產(chǎn)品中越來(lái)越多地得到使用。這些系統還需要接地層以進(jìn)行隔離，并為無(wú)線(xiàn)協(xié)議分離RF和數字參考。高速和高頻率帶來(lái)了信號完整性問(wèn)題的可能性，其中許多問(wèn)題與PCB中接地層的位置和幾何形狀有關(guān)。

在撓性和剛性-撓性板上提供一致的0 V參考的常見(jiàn)方法是在撓性色帶上使用陰影線(xiàn)或網(wǎng)格狀接地平面。這提供了大的導體，該導體仍然可以在較寬的頻率范圍內提供屏蔽，同時(shí)仍允許柔性帶彎曲和折疊而不會(huì )產(chǎn)生過(guò)多的剛性。但是，信號完整性問(wèn)題出現在兩個(gè)領(lǐng)域：

確保一致的走線(xiàn)阻抗，

屏蔽和隔離，以及

防止在孵化結構中出現類(lèi)似纖維編織的效果。

網(wǎng)格地平面設計

從最基本的意義上講，剖面線(xiàn)的工作原理與其他任何接地平面相同。它旨在提供一致的參考，以便可以將跡線(xiàn)設計為具有所需的阻抗。任何常見(jiàn)的傳輸線(xiàn)幾何形狀（微帶線(xiàn)，帶狀線(xiàn)或波導）都可以放置在具有網(wǎng)狀接地平面的硬撓性或撓性PCB中。在撓性帶的表面層上放置陰影線(xiàn)的銅區域可提供與低頻實(shí)心銅幾乎相同的效果。

帶網(wǎng)狀接地平面的柔性帶上的帶狀線(xiàn)和微帶布線(xiàn)的常見(jiàn)配置如下所示。

在彈性色帶上網(wǎng)格接地平面圖案。

這種網(wǎng)狀結構可以用在剛性板上，但實(shí)際上我從未見(jiàn)過(guò)，也沒(méi)有客戶(hù)要求它。取而代之的是，在撓性/剛性-撓性板中使用網(wǎng)狀圖案，以平衡阻抗控制的需求和合理柔性帶的需求。無(wú)論您是設計跡線(xiàn)還是圖案填充圖案，請遵循靜態(tài)和動(dòng)態(tài)柔性色帶的最佳實(shí)踐以及IPC 2223標準。

阻抗控制

使用單端或差分對的一種選擇是將固態(tài)銅放置在走線(xiàn)正下方的平面層中，并將網(wǎng)狀結構放置在電路中的其他位置。如果路由變得非常密集，那么您將需要在所有地方使用網(wǎng)格。如果選擇使用網(wǎng)格，則將具有更大的靈活性，但屏蔽隔離度較低，并且阻抗控制條件會(huì )發(fā)生變化。

如上所示，網(wǎng)格平面結構具有兩個(gè)幾何參數：L和W。這兩個(gè)參數可以組合為填充因子，也可以合并為被銅覆蓋的網(wǎng)格面積的一部分。更改這些參數具有以下效果：

假設其他參數保持不變，打開(kāi)網(wǎng)格區域（通過(guò)增加L來(lái)增加網(wǎng)格開(kāi)口）會(huì )增加阻抗。這也使色帶更容易彎曲（力較?。?。

在保持其他參數不變的情況下增加W會(huì )封閉網(wǎng)格面積，從而增加阻抗。這也使色帶模式難以彎曲（用力更大）。

在使用網(wǎng)格接地平面時(shí)，控制標準幾何圖形阻抗的其他參數具有相同的效果。進(jìn)入高頻后，您將在傳輸線(xiàn)周?chē)ぐl(fā)非TEM模式，甚至可能會(huì )看到類(lèi)似纖維編織的效果。

Flex碳帶中有纖維編織效果嗎？

這是PCB上的網(wǎng)格接地平面非常有趣的地方，因為網(wǎng)格圖案可以開(kāi)始類(lèi)似于FR4和其他層壓板中使用的玻璃編織圖案。結果，我們現在又回到了一種情況，那就是我們不得不擔心正常光滑，相對均勻的基材中的纖維編織效果。當行進(jìn)信號的帶寬與網(wǎng)狀結構中的一個(gè)或多個(gè)諧振重疊時(shí)，會(huì )發(fā)生這些影響。對于在聚酰亞胺上的L = 60 mil，最低階諧振將為50 GHz。

無(wú)論是在剛性PCB板上還是在柔性PCB基板上，這些陰影線(xiàn)結構都可以在數字信號沿網(wǎng)格接地平面的軌道上傳播時(shí)產(chǎn)生強輻射。隨著(zhù)越來(lái)越多的Flex應用程序以更高的頻率打開(kāi)，由于某些原因，我希望在具有網(wǎng)格接地平面的Flex色帶中這些效果會(huì )更糟。

高Q共振

就像在常規的玻璃編織基板中一樣，網(wǎng)孔形成空腔結構，當以特定頻率激發(fā)時(shí)，該空腔結構可以支持共振。由于空腔的壁具有高導電性（銅），因此在網(wǎng)格接地平面中的這些諧振空腔將具有非常高的Q值。因此，將具有較低的損耗和較高的Q諧振。這導致增加的空腔發(fā)射和諧振功率損耗。

開(kāi)放式網(wǎng)格隔離度低

網(wǎng)狀接地平面通?？梢源_保沿板的邊緣發(fā)射纖維編織腔發(fā)出的任何輻射EMI。由于網(wǎng)格具有開(kāi)放的空腔，因此隔離度較小，并且還可以沿柔性碳帶的表面輻射。這具有相反的效果：當走線(xiàn)更容易發(fā)出輻射時(shí)，它也更容易受到外部EMI的影響。

要解決這些問(wèn)題，請使用更緊密的網(wǎng)格，就像使用更緊密的玻璃編織以防止纖維編織效果一樣。柔性和剛性-柔性PCB將繼續成為PCB領(lǐng)域的一部分，并隨著(zhù)更新的制造能力而變得更加先進(jìn)。