柔性PCB中网格接地平面的信号完整性

2020-10-23

柔性和刚性-柔性板上的超高速是不可(kě)避免的，因為(wèi)这些板在高级電(diàn)子产品中越来越多(duō)地得到使用(yòng)。这些系统还需要接地层以进行隔离，并為(wèi)无線(xiàn)协议分(fēn)离RF和数字参考。高速和高频率带来了信号完整性问题的可(kě)能(néng)性，其中许多(duō)问题与PCB中接地层的位置和几何形状有(yǒu)关。

在挠性和刚性-挠性板上提供一致的0 V参考的常见方法是在挠性色带上使用(yòng)阴影線(xiàn)或网格状接地平面。这提供了大的导體(tǐ)，该导體(tǐ)仍然可(kě)以在较宽的频率范围内提供屏蔽，同时仍允许柔性带弯曲和折叠而不会产生过多(duō)的刚性。但是，信号完整性问题出现在两个领域：

确保一致的走線(xiàn)阻抗，

屏蔽和隔离，以及

防止在孵化结构中出现类似纤维编织的效果。

网格地平面设计

从最基本的意义上讲，剖面線(xiàn)的工作原理(lǐ)与其他(tā)任何接地平面相同。它旨在提供一致的参考，以便可(kě)以将迹線(xiàn)设计為(wèi)具有(yǒu)所需的阻抗。任何常见的传输線(xiàn)几何形状（微带線(xiàn)，带状線(xiàn)或波导）都可(kě)以放置在具有(yǒu)网状接地平面的硬挠性或挠性PCB中。在挠性带的表面层上放置阴影線(xiàn)的铜區(qū)域可(kě)提供与低频实心铜几乎相同的效果。

带网状接地平面的柔性带上的带状線(xiàn)和微带布線(xiàn)的常见配置如下所示。

在弹性色带上网格接地平面图案。

这种网状结构可(kě)以用(yòng)在刚性板上，但实际上我从未见过，也没有(yǒu)客户要求它。取而代之的是，在挠性/刚性-挠性板中使用(yòng)网状图案，以平衡阻抗控制的需求和合理(lǐ)柔性带的需求。无论您是设计迹線(xiàn)还是图案填充图案，请遵循静态和动态柔性色带的最佳实践以及IPC 2223标准。

阻抗控制

使用(yòng)单端或差分(fēn)对的一种选择是将固态铜放置在走線(xiàn)正下方的平面层中，并将网状结构放置在電(diàn)路中的其他(tā)位置。如果路由变得非常密集，那么您将需要在所有(yǒu)地方使用(yòng)网格。如果选择使用(yòng)网格，则将具有(yǒu)更大的灵活性，但屏蔽隔离度较低，并且阻抗控制条件会发生变化。

如上所示，网格平面结构具有(yǒu)两个几何参数：L和W。这两个参数可(kě)以组合為(wèi)填充因子，也可(kě)以合并為(wèi)被铜覆盖的网格面积的一部分(fēn)。更改这些参数具有(yǒu)以下效果：

假设其他(tā)参数保持不变，打开网格區(qū)域（通过增加L来增加网格开口）会增加阻抗。这也使色带更容易弯曲（力较小(xiǎo)）。

在保持其他(tā)参数不变的情况下增加W会封闭网格面积，从而增加阻抗。这也使色带模式难以弯曲（用(yòng)力更大）。

在使用(yòng)网格接地平面时，控制标准几何图形阻抗的其他(tā)参数具有(yǒu)相同的效果。进入高频后，您将在传输線(xiàn)周围激发非TEM模式，甚至可(kě)能(néng)会看到类似纤维编织的效果。

Flex碳带中有(yǒu)纤维编织效果吗？

这是PCB上的网格接地平面非常有(yǒu)趣的地方，因為(wèi)网格图案可(kě)以开始类似于FR4和其他(tā)层压板中使用(yòng)的玻璃编织图案。结果，我们现在又(yòu)回到了一种情况，那就是我们不得不担心正常光滑，相对均匀的基材中的纤维编织效果。当行进信号的带宽与网状结构中的一个或多(duō)个谐振重叠时，会发生这些影响。对于在聚酰亚胺上的L = 60 mil，最低阶谐振将為(wèi)50 GHz。

无论是在刚性PCB板上还是在柔性PCB基板上，这些阴影線(xiàn)结构都可(kě)以在数字信号沿网格接地平面的轨道上传播时产生强辐射。随着越来越多(duō)的Flex应用(yòng)程序以更高的频率打开，由于某些原因，我希望在具有(yǒu)网格接地平面的Flex色带中这些效果会更糟。

高Q共振

就像在常规的玻璃编织基板中一样，网孔形成空腔结构，当以特定频率激发时，该空腔结构可(kě)以支持共振。由于空腔的壁具有(yǒu)高导電(diàn)性（铜），因此在网格接地平面中的这些谐振空腔将具有(yǒu)非常高的Q值。因此，将具有(yǒu)较低的损耗和较高的Q谐振。这导致增加的空腔发射和谐振功率损耗。

开放式网格隔离度低

网状接地平面通常可(kě)以确保沿板的边缘发射纤维编织腔发出的任何辐射EMI。由于网格具有(yǒu)开放的空腔，因此隔离度较小(xiǎo)，并且还可(kě)以沿柔性碳带的表面辐射。这具有(yǒu)相反的效果：当走線(xiàn)更容易发出辐射时，它也更容易受到外部EMI的影响。

要解决这些问题，请使用(yòng)更紧密的网格，就像使用(yòng)更紧密的玻璃编织以防止纤维编织效果一样。柔性和刚性-柔性PCB将继续成為(wèi)PCB领域的一部分(fēn)，并随着更新(xīn)的制造能(néng)力而变得更加先进。