撓性印制板拐角防撕裂結(jié)構(gòu)信號傳輸性能分析

從廣義上講，信號完整性指電子產(chǎn)品中由傳輸線引起的所有問題，主要研究互連線的電氣特性對數(shù)字信號波形所造成的不同影響。信號波形的失真可能由多種不同的原因引起，但是反射、串?dāng)_和地彈這3種干擾問題最受關(guān)注。撓性印制板(FPC)的走線與其毗鄰的參考接地面形成了簡單的傳輸線，F(xiàn)PC印制線拐角防撕裂結(jié)構(gòu)是一種常見的傳輸線特性阻抗不連續(xù)性結(jié)構(gòu)，在高頻電子產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用，如圖1所示。研究其信號完整性問題有助于提高電子整機(jī)的電可靠性。

目前電子設(shè)備的工作頻率越來越高，信號傳輸路徑的信號完整性問題，特別是FPC的信號完整性問題尤為突出。文中針對FPC拐角不同防撕裂結(jié)構(gòu)對信號傳輸性能的影響問題進(jìn)行了研究。分析了FPC印制線圓弧拐角特性阻抗的突變及其對信號完整性的影響，采用時(shí)域有限差分法，研究了內(nèi)直角結(jié)構(gòu)，內(nèi)圓角結(jié)構(gòu)，內(nèi)角鉆孔結(jié)構(gòu)，內(nèi)角圓環(huán)銅堤結(jié)構(gòu)，內(nèi)角線性銅堤結(jié)構(gòu)5種不同結(jié)構(gòu)的多端口理論傳輸特性，并從電磁場分布情況分析了多種FPC印制線拐角防撕裂結(jié)構(gòu)的特性。

1 FPC圓弧拐角模型分析
HFSS可以精確地計(jì)算傳輸線的電磁特性，得到其S參數(shù)。S參數(shù)指的是建立在入射波、反射波關(guān)系基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，以器件端口的反射信號以及從該端口傳向另一端口的信號來描述電路網(wǎng)絡(luò)。
首先建立FPC圓弧拐角的結(jié)構(gòu)模型，為了更好地分析拐角結(jié)構(gòu)對信號傳輸的影響，將拐角處一段結(jié)構(gòu)不同的兩條傳輸線單獨(dú)提取出來，如圖2所示。

為了分析其全波傳輸特性，輸入輸出的電壓電流可用一個(gè)4端口網(wǎng)絡(luò)來描述，其等效形式如圖3所示。

網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)的定義可由bi(i=1，4)和ai(j=1，4)之間的關(guān)系給出，即

或?qū)懗删仃囆问?，有：b=Sa
圖4為描述這種電路的S參數(shù)矩陣，這種S參數(shù)所描述的網(wǎng)絡(luò)可被看作是單端網(wǎng)絡(luò)。

為了量化分析這些結(jié)構(gòu)的影響，文中選擇了頻域的S參數(shù)S21(插入損耗)、S31來分析印制線的傳輸性能。S21表示單根印制線信號衰減的量級，S31表示近端串?dāng)_的大小，因?yàn)檫h(yuǎn)端串?dāng)_影響因素比較復(fù)雜，本文中分析串?dāng)_大小時(shí)采用近端串?dāng)_曲線。