基础电路设计（十）高频电路用电路板设计技术探索(7)

基础电路设计（十）高频电路用电路板设计技术探索(7)Ground via的位置对高频特性的影响图6是为了量测870～890MHz高频增幅电路的特性，特别设计的仿真分析用电路，具体而言它在诱电体厚度为1.0mm， εr=4.3的CEM-3印刷电路板上进行封装，测试如何才能获得10dB以上的等化，以及1.1以下的VSWR(Voltage standing Wave Ratio)特性。*ground via尽可能靠近pad如图6的电路可知Transistor的emitter端子与ground之间插入micro strip line model，当作emitter的pad至ground via之间印刷pattern，藉此测试印刷pattern的长度，亦即emitter的pad至ground via之间的距离对高频特性的影响。等化特性、输出入阻抗特性(impedance)的测试结果分别如下所述:等化特性图7是emitter直接与ground连接，以及emitter的pad至ground via之间相隔2.0mm时，两者的通过特性模拟分析结果。图7(a)是配合模拟分析将LX 设定为1μm的结果；表4是上述两者等化的差异结果。由图可知即使是800MHz领域由于插入2.0mm的pad，等化大约会降低3.4～4.4dB。
频率等化(dB)等化差异
(MHz)Emitter直接与ground连接LX = 2.0mm 时(dB)
80014.581610.1609-4.4207
88016.121812.1539-3.9679
90015.555612.1961-3.3595
表4 emitter的pad至ground via之间的距离造成等化的差异结果file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-29209.png　
图6 870～890MHz高频增幅器的电路(仿真分析用电路)file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-28611.png　file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-22310.png图7 Emitter的pad至ground via的距离造成通过特性的差异输出入阻抗特性图8的Smith chart是emitter直接与ground连接，以及emitter的pad至ground via之间相隔2.0mm时，Transistor (Tr1)的输出入阻抗(S11,S22) 频率特性仿真分析结果。由Smith chart可知图中有S11 与S22 两条特性曲线，它的中心是50Ω阻抗(imped ance)，VSWR是图中1.0的点。从Smith chart的中心(50Ω)描绘的两个同心圆表示 VSWR，内侧圆的VSWR为1.5，外侧圆的VSWR为2.0。由图8(a)可知emitter直接与ground连接的场合，880MHz的输入阻抗 S11与输出阻抗S22 几乎都是50Ω，由此可知两者接近一致(matching)。ground pad在2.0 (LX = 2.0 mm)的位置时，880MHz的输出入阻抗是在VSWR＝2.0圆的外侧上，大幅偏离50Ω的整合条件。
file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-17356.png　(a)emitter直接与ground连接时的阻抗特性file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-2459.png
(b) 距离emitter pad2mm设有ground via时的阻抗特性
图8 Emitter的pad至ground via的距离造成阻抗特性的差异根据以上模拟分析结果可知为了获得良好的高频电路特性，因此高频电子组件的ground via必需设在pad的近傍。*大直径via较有利图6的Transistor emitter pad分别设有直径0.4mm与0.2mm的via，如果与图9的电路作增幅特性差异比较，此处假设via直径以外的条件，例如模拟分析手法与图6设有v ia完全相同，且 为0.001mm。根据以上测试条件获得如图10所示的通过特性，需注意的是图10的via直径分别是0.4mm与0.2mm；表5是两者的等化差异，由表5可知不同的via直径会造成-0.5～-0.6dB的等化差异，如果与表5的「emitter直接与ground连接时的通过特性」比较时，via直径0.4mm的等化值为-1.3～-1.9dB；via直径0.2m m的等化值为-1.8～-2.5dB。图11是via直径为0.4mm与0.2mm时的输出入阻抗特性，由图11可知via直径为0.4mm的VSWR为1.4；via直径为0.2mm的VSWR为1.6，也就是说直径为0.4mm的via对整合状态的影响比较小。
file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-30808.png　图9 870～890MHz高频增幅器的电路(仿真分析用电路)file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-339.png
　
图10 不同的ground via直径离造成通过特性的差异
频率等化(dB)等化差异
(MHz)ground via直径0.4mmground via直径0.2mm(dB)
80012.71512.0742-0.6408
88014.501713.9251-0.5766
90014.237213.7487-0.4885
表5 不同的ground via直径造成等化的差异(模拟分析)file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-26041.png

file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-32178.png　
图11 不同的ground via直径造成等化的差异(Smith chart)麦斯艾姆（massembly）贴片知识课堂，用通俗的文字介绍专业贴片知识。麦斯艾姆科技，全国首家PCB(麦斯艾姆知识课堂)样板打板，元器件代采购，及贴片的一站式服务提供者！111258111258111258