專利名稱：對表貼焊盤的特征阻抗進行補償?shù)姆椒安捎迷摲椒ǖ挠∷㈦娐钒宓闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及印刷電路板，更具體地說，涉及一種對印刷電路板表貼焊盤的特征阻抗進行補償?shù)姆椒安捎迷摲椒ǖ挠∷㈦娐钒濉?br> 背景技術(shù)：
PCB(Printed Circuit Board，印刷電路板)是電子通訊產(chǎn)品中最通用一種部件，其作用是承載構(gòu)成電路的器件并為被承載的器件提供電氣連接通路。按PCB中所含導體的層數(shù)來分，PCB包括單面PCB、雙面PCB和多層PCB。
電路中的器件參數(shù)可分為集總參數(shù)和分布參數(shù)。當電路中電信號的頻率很低時，電路表現(xiàn)的特性主要取決于構(gòu)成電路的各個元器件的特性，比如電阻阻值，這種特性是在元器件制造過程中形成的，被稱為集總參數(shù)特性。在這種情況下，PCB只是起承載和連通的作用，不對電路性能構(gòu)成影響，這樣的電路稱為集總參數(shù)電路。
當電路中電信號的頻率很高時，決定電路性能的因素不僅包含構(gòu)成電路的各個元器件的特性，在PCB上作為連接作用的導體形狀、導體周圍的介質(zhì)分布情況、導體之間的相對位置關(guān)系這些因素都會對電路性能產(chǎn)生影響，這樣的電路被稱為分布參數(shù)電路。PCB上導體的形狀、位置關(guān)系、介質(zhì)特性等是在PCB的設計、制造和PCB板材的制造過程中形成的，稱為分布參數(shù)特性。
判斷電路是分布參數(shù)電路還是集總參數(shù)電路，并不完全取決于電路頻率的高低。從廣義上講，所有電路都是分布參數(shù)電路，因為PCB上的分布參數(shù)對任何電路都會產(chǎn)生一定的影響。只是在很多情況下，這種影響可以忽略，從而可將這種電路視為集總參數(shù)電路；如果分布參數(shù)對電路造成的影響大到可以影響電路性能的程度，則必須對這種影響加以考慮和控制，這樣的電路就是分布參數(shù)電路。
在PCB中，分析得最多的分布參數(shù)電路就是微帶線，它是傳輸線的一種。如圖1所示即為微帶線的一個橫截面，其中微帶線導體1設在介質(zhì)材料3的上表面，而它的參考地導體2則設在介質(zhì)材料3的下表面。
在實際應用中，傳輸線都屬于低損耗線，低耗傳輸線的特征阻抗(即傳輸線上行波的電壓與電流之比)可用下面的公式(1)來近似地表示Z0=L1C1--(1)]]>在公式(1)中，L1為單位長度的分布電感，C1為單位長度的分布電容，可見特征阻抗成效將隨著分布電感的減小、分布電容的增大而減小。
另外，PCB上的器件的表貼焊盤，即PCB上用來焊接器件管腳的預留導體，也可以當作微帶線處理，圖2和圖3示出了兩種比較簡單的表貼器件在PCB上的表貼焊盤。圖2中的器件只有兩個端子；圖3中的器件有五個端子，中間那一個是信號端子，其余四個為接地端子。
表貼焊盤的大小是根據(jù)要焊接的器件管腳大小來設置的，對于一個特定的管腳，其表貼焊盤的大小通常是不變的；而用于連接該表貼焊盤的傳輸線寬度則可能隨介質(zhì)材料的厚度、電性能參數(shù)的不同而變化。當介質(zhì)材料的厚度很小時(目前用到的厚度有0.1mm、0.14mm的介質(zhì)材料)，某些器件的表貼焊盤寬度相對于傳輸線寬度已經(jīng)是非常寬了，其分布電容將明顯增大，根據(jù)公式(1)，其特征阻抗會明顯變小，小于傳輸線的特征阻抗，使得表貼焊盤與其傳輸線的連接處的特征阻抗不連續(xù)，從而造成電壓駐波系數(shù)(即傳輸線上行波的最大電壓振幅與最小電壓振幅之比)指標嚴重下降。
為了解決因表貼焊盤與其傳輸線的寬度相差較大而引起的特征阻抗不連續(xù)這一問題，現(xiàn)有技術(shù)的其中一種方案是通過增加分離器件電感來抵消在此形成的容性，從而使其特征阻抗連續(xù)。如圖4所示，其中左側(cè)虛線框中是用于焊接匹配電感的兩個表貼焊盤71、72；右側(cè)虛線框中是用于焊接圖3中所示器件的五個表貼焊盤61、62、63、64、65；與信號端子的表貼焊盤65相連接的微帶線5向左延伸并與表貼焊盤72相連接，從而達到用電感來抵消在此形成的容性的目的。這種方案的缺點是需要增加電感器件，從而增加了產(chǎn)品的成本，并增加了PCB布線的難度和調(diào)試時間。
現(xiàn)有技術(shù)的第二種方案是通過增加介質(zhì)材料的厚度來降低表貼焊盤的分布電容，使表貼焊盤的特征阻抗與微帶線的特征阻抗之差變小，從而使其特征阻抗連續(xù)。這種方案的缺點是會使PCB總厚度增加，從而增加了PCB的制造加工成本，同時也增加了PCB的重量。
如圖5所示，現(xiàn)有技術(shù)的第三種方案是在表貼焊盤65與微帶線5之間加上一段過渡的低阻線8，把微帶線的特征阻抗變換到與表貼焊盤的特征阻抗一致，從而可間接實現(xiàn)特征阻抗的連續(xù)。圖5中，低阻線8的特征阻抗要低于微帶線5的特征阻抗，因此稱之為低阻線。由于加了一段低阻線，信號端子的表貼焊盤65看過去的輸入阻抗就會降低，從而可使信號端子表貼焊盤的特征阻抗與微帶線的特征阻抗之間實現(xiàn)間接連續(xù)。這種方案的缺點在于，由于增加了一段比較長的低阻線，會占用較大的PCB面積，因此不適用于布線比較緊張的PCB。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是要提供一種成本低、便于實施且適用面更廣的方案，以降低表貼焊盤的分布電容，從而使得表貼焊盤與其傳輸線的連接處的特征阻抗連續(xù)。
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種對表貼焊盤的特征阻抗進行補償?shù)姆椒?，其中包括以下步驟(1)先確定與各個表貼焊盤連接的傳輸線寬度；(2)對于每一個用于焊接表貼器件的信號端子的表貼焊盤，比較其寬度是否大于與之連接的傳輸線的寬度；(3)如果是，則在該表貼焊盤的參考地內(nèi)確定一個與該表貼焊盤正對、且未敷設參考地導體的挖空區(qū)，以降低該表貼焊盤與其傳輸線之間的特征阻抗之差，使兩者在連接處的特征阻抗連續(xù)；(4)根據(jù)步驟(3)中所確定的挖空區(qū)制作相應的印刷電路板。
在本發(fā)明所述方法的步驟(3)中，還包括根據(jù)該表貼焊盤的大小、與之連接的傳輸線的寬度、以及印刷電路板的厚度來確定挖空區(qū)面積大小的步驟。
根據(jù)上述方法，本發(fā)明還提供一種印刷電路板，其中，對于每一個寬度大于與之連接的傳輸線寬度的信號端子表貼焊盤，在所述參考地內(nèi)設有一個與之正對、且未敷設參考地導體的挖空區(qū)。
本發(fā)明可帶來以下有益效果(1)實施簡便，只需確定參考地內(nèi)挖空區(qū)面積的大小，在PCB設計過程中直接挖空即可；(2)不需要增加介質(zhì)材料的厚度，也不需要增加分離器件，并且不會過多占用PCB面積，所以不會增加產(chǎn)品的成本。
(3)對電壓駐波系數(shù)的改善非常明顯，從而可提高整個印刷電路板的分布參數(shù)性能。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中圖1是一塊印刷電路板上的微帶線的局部剖面示意圖；圖2是用于焊接兩端子表貼器件的表貼焊盤示意圖；圖3是用于焊接五端子表貼器件的表貼焊盤示意圖；圖4是現(xiàn)有技術(shù)中通過增加一個電感來實現(xiàn)阻抗連續(xù)的示意圖；圖5是現(xiàn)有技術(shù)中采用一段低阻線來實現(xiàn)阻抗連續(xù)的示意圖；圖6是表貼焊盤與其參考地之間形成平等板電容的示意圖；圖7是本發(fā)明一個實施例中在參考地內(nèi)設圓形挖空區(qū)的示意圖；圖8是本發(fā)明另一實施例中在參考地內(nèi)設矩形挖空區(qū)的示意圖；圖9是表貼焊盤下方的參考地被挖空前后的駐波系數(shù)比較示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的核心是通過在參考地的導體上設置挖空區(qū)來降低表貼焊盤的分布電容，下面以圖6來說明其原理。在圖6中，上層導體為表貼焊盤6，下層導體為參考地2，兩者相互平行正對，表貼焊盤6的面積為A，而參考地2的面積則遠大于A。在表貼焊盤6與參考地2之間填充有介質(zhì)材料(未在圖中畫出)，設介質(zhì)材料的相對介質(zhì)常數(shù)為εr，兩者平行面的垂直距離為d，那么表貼焊盤6與參考地2形成的電容可用下面的公式(2)近似地表示C=ϵ0ϵrAd--(2)]]>在公式(2)中的，ε0為真空的電容率。
當表貼焊盤的寬度遠大于微帶線的寬度時，其單位長度的面積就大于單位長度的微帶線面積，根據(jù)公式(2)，正常情況下，ε0、εr、d不變，所以表貼焊盤的單位長度分布電容也遠大于微帶線的單位長度分布電容。根據(jù)公式(1)，由于表貼焊盤的分布電容較大，所以其特征阻抗將遠小于微帶線的特征阻抗，因此阻抗在此處嚴重不連續(xù)。
通過挖空與表貼焊盤正對的參考地，可使該表貼焊盤到參考地的距離d相對變大，根據(jù)公式(2)，其分布電容也隨之下降，那么它的特征阻抗就會相應地增加，從而達到與微帶線的特征阻抗連續(xù)之目的。
具體實施時，首先根據(jù)所選取PCB的介質(zhì)厚度來確定傳輸線的寬度；對于每一個表貼器件的信號端子，如果其表貼焊盤的寬度大于與之連接的傳輸線的寬度，則需要在其參考地內(nèi)設置一個與該焊盤正對的挖空區(qū)，至于挖空區(qū)的大小，應根據(jù)該焊盤的大小、傳輸線的寬度、以及印刷電路板的厚度來確定；然后將所確定的挖空區(qū)設計到印刷電路板布線中，并制作相應的印刷電路板。其中，表貼焊盤可能是圓形或矩形，通常情況下，當其矩形表貼焊盤的寬度的一半大于與之連接的傳輸線的寬度、或圓形表貼焊盤的半徑大于與之連接的傳輸線的寬度時，就需要設置對應的挖空區(qū)。
如圖7所示為本發(fā)明一個實施例的示意圖，其中接地端子的表貼焊盤61、62、63、64，信號端子的表貼焊盤65，以及傳輸線5都在同平面。而參考地2則在另一平面。在兩平面之間填充有一層或多層介質(zhì)材料(未在圖中畫出)。從圖中可以看出，在信號端子的表貼焊盤65的正下方設有一個挖空區(qū)9，其形狀與表貼焊盤65的形狀相同，面積則略大一些。這樣一來，就可以使該表貼焊盤到參考地的距離相對變大，相當于增大了公式(2)中的d，因此其分布電容會隨之下降，那么它的特征阻抗就會相應地增加，從而可達到與微帶線的特征阻抗連續(xù)的目的。
如圖8所示為本發(fā)明另一個實施例的示意圖，這里示出的是一個矩形表貼焊盤10，其正下方的參考地2上則設有一個對應的矩形挖空區(qū)11，該挖空區(qū)的面積略大于矩形表貼焊盤10的面積。由上述分析可知，此時可降低矩形表貼焊盤10的分布電容，其特征阻抗則相應增加，從而可達到與微帶線的特征阻抗連續(xù)的目的。
可見，本發(fā)明實施簡便，只需確定參考地內(nèi)挖空區(qū)面積的大小，在PCB設計過程中直接挖空即可；不需要增加介質(zhì)材料的厚度和分離器件，也不過多占用PCB面積；另外，采用本發(fā)明的方案對分布參數(shù)的改善效果非常明顯，如圖9所示，設置挖空區(qū)之前，駐波系數(shù)得到了明顯的改善。
權(quán)利要求
1.一種對表貼焊盤的特征阻抗進行補償?shù)姆椒?，其特征在于，包括以下步驟(1)先確定與各個表貼焊盤連接的傳輸線寬度；(2)對于每一個用于焊接表貼器件的信號端子的表貼焊盤，比較其寬度是否大于與之連接的傳輸線的寬度；(3)如果是，則在該表貼焊盤的參考地內(nèi)確定一個與該表貼焊盤正對、且未敷設參考地導體的挖空區(qū)，以降低該表貼焊盤與其傳輸線之間的特征阻抗之差，使兩者在連接處的特征阻抗連續(xù)；(4)根據(jù)步驟(3)中所確定的挖空區(qū)制作相應的印刷電路板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟(3)中，還包括根據(jù)該表貼焊盤的大小、與之連接的傳輸線的寬度、以及印刷電路板的厚度來確定挖空區(qū)面積大小的步驟。
3.一種印刷電路板，所述電路板上設有用于焊接表貼器件端子的表貼焊盤，其中至少有一個用于焊接信號端子的表貼焊盤的寬度大于與之連接的傳輸線的寬度；在所述電路板上還設有作為參考地的導體，所述參考地的面積遠大于每一個用于焊接信號端子的表貼焊盤的面積；其特征在于，對于每一個寬度大于與之連接的傳輸線寬度的信號端子表貼焊盤，在所述參考地內(nèi)設有一個與之正對、且未敷設參考地導體的挖空區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的印刷電路板，其特征在于，所述用于焊接信號端子的表貼焊盤的形狀為矩形，與之正對的挖空區(qū)也為矩形。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的印刷電路板，其特征在于，所述用于焊接信號端子的表貼焊盤的形狀為圓形，與之正對的挖空區(qū)也為圓形。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5中任一項所述的印刷電路板，其特征在于，所述表貼焊盤與其參考地之間設有一層或多層絕緣介質(zhì)材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求3-5中任一項所述的印刷電路板，其特征在于，每一個所述挖空區(qū)的面積略大于與之對應的信號端子表貼焊盤的面積。
全文摘要
本發(fā)明涉及印刷電路板，為了使表貼焊盤與其傳輸線的連接處的特征阻抗連續(xù)，本發(fā)明提供一種對表貼焊盤的特征阻抗進行補償?shù)姆椒?，對于每一個用于焊接表貼器件的信號端子的表貼焊盤，如果其寬度大于與之連接的傳輸線的寬度，則在該表貼焊盤的參考地內(nèi)確定一個與該表貼焊盤正對、且未敷設參考地導體的挖空區(qū)，以降低該表貼焊盤與其傳輸線之間的特征阻抗之差，使兩者在連接處的特征阻抗連續(xù)。本發(fā)明的方案實施簡便，不會增加產(chǎn)品的成本，并且對電壓駐波系數(shù)的改善非常明顯。
文檔編號H05K3/00GK1568131SQ0314503
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月18日
發(fā)明者袁文欣 申請人:華為技術(shù)有限公司