撓性印制板拐角防撕裂結構信號傳輸性能分析

從廣義上講，信號完整性指電子產(chǎn)品中由傳輸線(xiàn)引起的所有問(wèn)題，主要研究互連線(xiàn)的電氣特性對數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、串擾和地彈這3種干擾問(wèn)題最受關(guān)注。撓性印制板(FPC)的走線(xiàn)與其毗鄰的參考接地面形成了簡(jiǎn)單的傳輸線(xiàn)，FPC印制線(xiàn)拐角防撕裂結構是一種常見(jiàn)的傳輸線(xiàn)特性阻抗不連續性結構，在高頻電子產(chǎn)品中廣泛應用，如圖1所示。研究其信號完整性問(wèn)題有助于提高電子整機的電可靠性。

目前電子設備的工作頻率越來(lái)越高，信號傳輸路徑的信號完整性問(wèn)題，特別是FPC的信號完整性問(wèn)題尤為突出。文中針對FPC拐角不同防撕裂結構對信號傳輸性能的影響問(wèn)題進(jìn)行了研究。分析了FPC印制線(xiàn)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，研究了內直角結構，內圓角結構，內角鉆孔結構，內角圓環(huán)銅堤結構，內角線(xiàn)性銅堤結構5種不同結構的多端口理論傳輸特性，并從電磁場(chǎng)分布情況分析了多種FPC印制線(xiàn)拐角防撕裂結構的特性。

1 FPC圓弧拐角模型分析
HFSS可以精確地計算傳輸線(xiàn)的電磁特性，得到其S參數。S參數指的是建立在入射波、反射波關(guān)系基礎上的網(wǎng)絡(luò )參數，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(lái)描述電路網(wǎng)絡(luò )。
首先建立FPC圓弧拐角的結構模型，為了更好地分析拐角結構對信號傳輸的影響，將拐角處一段結構不同的兩條傳輸線(xiàn)單獨提取出來(lái)，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(lái)描述，其等效形式如圖3所示。

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

或寫(xiě)成矩陣形式，有：b=Sa
圖4為描述這種電路的S參數矩陣，這種S參數所描述的網(wǎng)絡(luò )可被看作是單端網(wǎng)絡(luò )。

為了量化分析這些結構的影響，文中選擇了頻域的S參數S21(插入損耗)、S31來(lái)分析印制線(xiàn)的傳輸性能。S21表示單根印制線(xiàn)信號衰減的量級，S31表示近端串擾的大小，因為遠端串擾影響因素比較復雜，本文中分析串擾大小時(shí)采用近端串擾曲線(xiàn)。