有時(shí)，走線、焊盤與過孔之間的連接處會添加漸變線或淚滴，旨在提高兩個(gè)銅區(qū)之間的連接穩(wěn)固性。淚滴和漸變線本質(zhì)上是相同的，通常具有線形輪廓，也可以設(shè)計(jì)為弧形輪廓。在確定漸變線或淚滴的位置時(shí)，需要重點(diǎn)考慮走線、焊盤或過孔之間銅走線或漸變線連接的長度。

借助 PCB 布線軟件中的漸變線和淚滴布局工具，設(shè)計(jì)人員能夠輕松放置常見的連接形狀。在大多數(shù)設(shè)計(jì)工具的基本功能是將漸變線采用直線輪廓。隨后，漸變線或淚滴在 PCB layout 中顯示為走線部分或覆銅區(qū)域。

放置漸變走線或淚滴時(shí)，始終要考慮長度設(shè)置。沒有一種特定的長度設(shè)置適用于所有情況，具體的長度設(shè)置取決于放置淚滴的目的。為了確定應(yīng)采用的淚滴長度和尺寸，我們將從多個(gè)角度分析淚滴在 PCB layout 中的位置。

淚滴和漸變線的輪廓

如上所述，淚滴和漸變線看起來都差不多。PCB 中最常見的淚滴或漸變線采用線性輪廓，漸變線以直線輪廓進(jìn)入焊盤或過孔。下方示例顯示了 PCB 中的兩種放置形式：作為一組走線（左）或一小部分覆銅（右）。

從上圖可以看出，漸變線和淚滴能夠在走線與焊盤或過孔之間建立更穩(wěn)固的連接。這尤其適用于圖中右側(cè)非常細(xì)的走線，其中走線正在接入連接焊盤。

下面列出了 PCB 中焊盤、走線過渡和過孔上采用漸變線和淚滴的一些理由。盡管 PCB 的正常運(yùn)行不需要在走線上添加淚滴或漸變線，但在某些情況下，它們是非常有用的設(shè)計(jì)功能，具體如下所述。

綜上所述，建議使用淚滴和漸變線來確保兩個(gè)方面的功能：制造和信號完整性（尤其是在 RF 設(shè)計(jì)中）。在 RF 領(lǐng)域，這種結(jié)構(gòu)通常被稱為漸變線，其放置不一定是出于可制造性的考慮。在另一個(gè)與可靠性相關(guān)的示例中，它通常被稱為淚滴，用于確保足夠高的良率。一些制造商建議在所有情況下都放置淚滴，除非過孔連接焊盤的直徑較大。

淚滴設(shè)計(jì)，提升制造可靠性

如上所述，為了提升制造可靠性，通常會在走線與焊盤的連接處添加淚滴。最常見的漸變線應(yīng)用示例是將其放置在走線和過孔之間，目的是為了防止在鉆孔時(shí)發(fā)生崩孔，并防止走線與過孔焊盤的連接斷開。

在具有較高走線和焊盤密度的設(shè)計(jì)中，因?yàn)榭臻g有限，添加淚滴可能會面臨挑戰(zhàn)。就過孔而言，它們有可能是盤中孔，也可能是 BGA 扇出的一部分。在高密度布線區(qū)域，由于尺寸較大，淚滴可能會侵入其他焊盤或過孔，如下圖所示。

高密 layout 中的漸變線

此處面臨的挑戰(zhàn)是如何放置正確尺寸的漸變線，同時(shí)保持銅盤/過孔與淚滴之間所需的間距。通常情況下，首先按照鉆孔到鉆孔間距要求設(shè)定密度限制，在標(biāo)準(zhǔn)工藝中該間距約為 10mil。緊接著根據(jù)相關(guān)堆疊的特定長寬比目標(biāo)，設(shè)置焊盤/鉆孔尺寸。然后選擇走線寬度并添加淚滴。如果出于可靠性考慮需要添加淚滴，最好在確定過孔尺寸時(shí)設(shè)定淚滴的尺寸限制，以避免違反間距要求。

漸變線阻抗匹配

另一個(gè)漸變線應(yīng)用示例與阻抗匹配有關(guān)。有時(shí)，RF 設(shè)備會使用漸變線來匹配走線與 PCB 上另一個(gè)印刷器件的阻抗，例如連接器 footprint、印刷濾波器的輸入端或具有不同阻抗的另一條走線。漸變線會改變走線阻抗，使其在兩個(gè)值之間平穩(wěn)過渡，從而減少信號沿漸變線傳輸時(shí)的功率損耗。

采用漸變線的系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括兩個(gè)需要匹配的阻抗值，它們是兩個(gè)值之間匹配的示例。通過將寬線逐漸收窄，漸變線在低阻抗值和高阻抗值之間緩慢過渡。

為了盡可能減少每個(gè)端口的反射，漸變線的長度必須遠(yuǎn)大于進(jìn)入漸變線的信號的工作波長。這意味著漸變線的使用取決于系統(tǒng)的頻率范圍。一般情況下，有兩個(gè)可能的頻率范圍：

低頻——在低頻下，漸變線可能非常長，在 PCB 上并不總是實(shí)用。因此，使用標(biāo)準(zhǔn)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)更為合適。

高頻——在高頻下，很難找到合適的分立元件來進(jìn)行阻抗匹配，因此印刷漸變線成為最佳選擇。

可以對漸變線或淚滴

進(jìn)行仿真和分析嗎？

有時(shí)需要分析漸變線或淚滴設(shè)計(jì)，特別是為了確保信號完整性。這主要發(fā)生在高速設(shè)計(jì)中，當(dāng)傳輸速度非?？斓男盘柋环胖迷谧呔€或差分對上時(shí)，必須檢查這些結(jié)構(gòu)。在這種情況下，可將淚滴添加到焊盤或過孔中，但淚滴可能會影響走線的阻抗匹配?？梢酝ㄟ^對比有無淚滴的S參數(shù)來評估其影響。當(dāng)信號帶寬在 GHz 范圍內(nèi)時(shí)，過孔上的淚滴會變得尤為重要。

使用漸變線時(shí)，必須進(jìn)行仿真。由于漸變線的長度尺度，它們往往會在非常高的頻率下產(chǎn)生影響。在漸變線適用的毫米波頻率下，需要通過仿真來驗(yàn)證阻抗匹配是否成功。只要漸變線在信號帶寬內(nèi)提供所需的匹配，漸變線設(shè)計(jì)漸變線設(shè)計(jì)即為成功。

驗(yàn)證漸變走線和淚滴所需的系統(tǒng)分析工具包括3D 電磁場求解器和S參數(shù)仿真引擎。3D 求解器可用于提取簡單走線的 S 參數(shù)，并將其導(dǎo)出到 Touchstone 文件（.s2p 文件）。導(dǎo)出的 Touchstone 文件隨后可用于線性網(wǎng)絡(luò)仿真，以模擬連接傳輸線和過孔/焊盤/緩沖器上漸變線的使用情況。整個(gè)工作流程非常簡單：

使用預(yù)期的堆疊和漸變線/淚滴設(shè)計(jì)，建立一個(gè)簡單的仿真測試。

將簡單的焊盤作為輸入和輸出端口。

定義簡單的邊界條件，通過仿真器提取 S 參數(shù)。

導(dǎo)出 Touchstone 文件，重新導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)仿真器。

計(jì)算新級聯(lián)線性網(wǎng)絡(luò)線性網(wǎng)絡(luò)的 S 參數(shù)。

在 RF 設(shè)計(jì)或高速設(shè)計(jì)中，若需為走線添加淚滴或漸變線，請使用 Cadence 的系統(tǒng)分析工具來設(shè)計(jì)和仿真 PCB 信號完整性。Cadence AWR Design Environment 軟件平臺先進(jìn)的仿真技術(shù)可以提供快速、準(zhǔn)確的結(jié)果，以及完全集成的系統(tǒng)、電路和電磁分析都可以釋放工程生產(chǎn)力，助力工程師客服通信和雷達(dá)系統(tǒng)方面的挑戰(zhàn)。