PCB设计中信号完整性问题解析

柔性和刚性-柔性板上的超高速是不可避免的，因为这些板在高级电子产品中越来越多地得到使用。这些系统还需要接地层以进行隔离，并为无线协议分离RF和数字参考。高速和高频率带来了信号完整性问题的可能性，其中许多问题与PCB中接地层的位置和几何形状有关。

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阴影线或网格状接地平面。这提供了大的导体，该导体仍然可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：

确保一致的走线阻抗，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，剖面线的工作原理与其他任何接地平面相同。它旨在提供一致的参考，以便可以将迹线设计为具有所需的阻抗。任何常见的传输线几何形状（微带线，带状线或波导）都可以放置在具有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线的铜区域可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线和微带布线的常见配置如下所示。

在弹性色带上网格接地平面图案。

这种网状结构可以用在刚性板上，但实际上我从未见过，也没有客户要求它。取而代之的是，在挠性/刚性-挠性板中使用网状图案，以平衡阻抗控制的需求和合理柔性带的需求。无论您是设计迹线还是图案填充图案，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

使用单端或差分对的一种选择是将固态铜放置在走线正下方的平面层中，并将网状结构放置在电路中的其他位置。如果路由变得非常密集，那么您将需要在所有地方使用网格。如果选择使用网格，则将具有更大的灵活性，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，网格平面结构具有两个几何参数：L和W。这两个参数可以组合为填充因子，也可以合并为被铜覆盖的网格面积的一部分。更改这些参数具有以下效果：

假设其他参数保持不变，打开网格区域（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）。

在保持其他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（用力更大）。

在使用网格接地平面时，控制标准几何图形阻抗的其他参数具有相同的效果。进入高频后，您将在传输线周围激发非TEM模式，甚至可能会看到类似纤维编织的效果。

Flex碳带中有纤维编织效果吗？

这是PCB上的网格接地平面非常有趣的地方，因为网格图案可以开始类似于FR4和其他层压板中使用的玻璃编织图案。结果，我们现在又回到了一种情况，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，最低阶谐振将为50 GHz。

无论是在刚性PCB板上还是在柔性PCB基板上，这些阴影线结构都可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。随着越来越多的Flex应用程序以更高的频率打开，由于某些原因，我希望在具有网格接地平面的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，该空腔结构可以支持共振。由于空腔的壁具有高导电性（铜），因此在网格接地平面中的这些谐振空腔将具有非常高的Q值。因此，将具有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。由于网格具有开放的空腔，因此隔离度较小，并且还可以沿柔性碳带的表面辐射。这具有相反的效果：当走线更容易发出辐射时，它也更容易受到外部EMI的影响。

要解决这些问题，请使用更紧密的网格，就像使用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将继续成为PCB领域的一部分，并随着更新的制造能力而变得更加先进。
编辑：hfy