[发明专利]一种多层印制板微波电路通孔的匹配结构及其设计方法

说明书

本发明公开了一种多层印制板微波电路通孔的匹配结构及其设计方法，根据多层印制板的叠层结构和板材参数，以及微波电路通孔的尺寸大小，使用电磁仿真软件建立完整的通孔3D模型，根据通孔的RLC等效电路和通孔的寄生电容C及寄生电感L，在多层印制板中设计高阻抗微带线和开路短截线。采用本发明的技术方案，提高了通孔信号的传输质量，对通孔在DC‑20GHz微波信号产生的反射、失真、非理想耦合、寄生电容和寄生电感的现象有很大改善。匹配电路最小线宽5mil、最小线间距6mil均在目前各印制板加工厂家批量加工能力的范围内，具有可操作性、实用性。

技术领域

本发明属于多层印制板微波电路领域，尤其是涉及一种多层印制板微波电路通孔的匹配结构及其设计方法。

背景技术

随着通信技术的持续迅猛发展，电子制造业也相应地快速发展，系统的集成化程度越来越高，电路的体积越来越小，印制板的技术朝着高密度互连、多层、高性能、高可靠性和自动化的方向发展。而电路板中信号的互联往往离不开通孔，一般来说，在频率低于1GHz时，通孔能起到良好的连接作用，其寄生电容、电感可以忽略，但随着频率的增加，通孔产生的问题更多地集中于寄生电容和寄生电感。尤其是与带状线滤波器连接时，通孔顶层或者底层微带线因互联结构产生的阻抗不连续和寄生电容、电感会导致滤波器带内反射和带外抑制变差甚至滤波器形状畸变，因此在高频印制板设计中希望通孔越小越好，这样板上可以留有更多的布线空间，同时通孔越小，其自身的寄生电容也越小。但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加，而且通孔的尺寸不可能无限制的减小，它受到钻孔和电镀等工艺技术的限制。孔越小，钻孔需花费的时间越长，也越容易偏离中心位置。据此希望找到一种既能满足现有加工能力，又能满足高频信号在各层电路高质量的传输的通孔匹配结构。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种多层印制板微波电路通孔的匹配结构及其设计方法，使得通过所述通孔的高频信号具有良好的特性和完整性。

本发明采用的技术方案如下：

一种多层印制板微波电路通孔的匹配结构设计方法，本方法包括如下步骤：

步骤1，根据多层印制板的叠层结构和板材参数，以及微波电路通孔的尺寸大小，使用电磁仿真软件建立完整的通孔3D模型；

步骤2，计算出步骤1中建立的通孔的寄生电容C和寄生电感L；

步骤3，根据步骤1中通孔的RLC等效电路和步骤2中计算出的通孔的寄生电容C和寄生电感L，在多层印制板顶层和中间层设计连接通孔与50Ω带线的高阻抗微带线；

步骤4，高阻抗微带线设置固定宽度，然后根据需要匹配的微波频段的中心频率，计算出高阻抗微带线线长的参考值，通过在通孔3D模型中设置高阻抗微带线线长的参考值的上、下限数和扫描步进值，利用电磁仿真软件的sweep功能，计算固定步长的通孔端口驻波的S参数；

步骤5，从步骤4中计算出的通孔端口驻波的S参数，根据需要的通孔端口驻波的S参数选择高阻抗微带线线长；

步骤6，根据步骤2中计算出的通孔的寄生电容C和寄生电感L，以多层印制板顶层通孔为对称点，镜像并联接入固定阻抗值的多条开路短截线；

步骤7，通过调整每条开路短截线线长计算不同的通孔端口驻波的S参数，然后从计算结果中，根据需要的通孔端口驻波的S参数选择开路短截线线长。

进一步地，在步骤2中，寄生电容值C、寄生电感值L：

其中，C单位为pF，L单位为nH，εr表示介质的相对介电常数，D1表示通孔焊盘直径，D2表示圆形通孔阻焊盘直径或方形通孔组焊盘边长，h表示相邻两层间过孔的长度，d表示通孔直径，单位为英寸。