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采用新型片式電阻器和BGA封裝,可望實現(xiàn)20GHz或更高的頻率性能

---伴隨高速數(shù)字應(yīng)用的爆炸性發(fā)展,設(shè)計工程師漸漸遇到一個如何保持信號完整性的難題。上升時間、有損耗導(dǎo)體、介電常數(shù)和接地平面都是在設(shè)計快速數(shù)字電路時需要重點考慮的,但最重要的是數(shù)字信號形態(tài),如果數(shù)字信號形態(tài)劣化,別的因素就沒有實際意義了。
---數(shù)字閾值的假觸發(fā)一般發(fā)生在傳輸線端接不當(dāng)造成信號畸變的情況。傳輸線端接有兩種基本形式：串聯(lián)和并聯(lián),但是都需要電阻這種簡單器件。所以,讓我們先來看一些不同種類的電阻封裝的特性,來了解高頻傳輸線端接的電阻適配性。

最好的選擇：片式電阻器和BGA封裝
 ---表面安裝片式電阻器是目前最受歡迎的電阻器封裝。片式電阻器基本上是一個平面型器件,在片的垂直端有金屬包裹的端子。典型的片式電阻器結(jié)構(gòu)如圖1所示。片式電阻器初看起來是非常簡單的封裝,但是在GHz頻率下,這種封裝開始呈現(xiàn)電感器或電容器特性。圖2a是安裝在印刷電路板上的片式電阻器示意圖,這和在印刷電路板上端接微帶傳輸線時安裝端接電阻器非常相像。
 ---片式電阻器的包裹端子產(chǎn)生的串聯(lián)電感使它在高頻時像一個大阻抗。片式電阻器兩個端子之間還存在旁路電容,傾向于在高頻時降低它的阻抗。
---在高頻時,片式電阻器的寄生電容或寄生電感占優(yōu)勢。在電阻值較高的較大片式電阻器中,寄生電容占優(yōu)勢。在端接電阻值在50～75Ω的較小片式電阻器中,器件通常是電感性的,寄生電感占優(yōu)勢。
---初看起來,設(shè)計工程師似乎不能減輕片式電阻端接器的寄生效應(yīng)。但是請回想一下,大部分片上電感是由片式電阻器的包裹端子造成的。如果可以從電流通路中去除包裹物,電感就會降低。
---消除片式電阻器串聯(lián)電感的一個簡單技術(shù)是在把它安裝到印刷電路板時翻過來安裝。顛倒安裝就能消除電流通路中的串聯(lián)電感,如圖2b所示。片式電阻器,如IRC的PFC系列,顛倒安裝后,就成為一個很好的工作在6GHz以上的端接器。
 ---對高速交換機(jī)背板等高密度應(yīng)用,則可以采用電阻器陣列或網(wǎng)絡(luò)作為多條高速數(shù)據(jù)線的端子。淘汰包裹端子能使高速端接應(yīng)用的頻率性能達(dá)到或超過20GHz（見圖3）。

較差的選擇：引線接合封裝
引線接合塑料封裝一般適用于電阻器陣列和網(wǎng)絡(luò)。這種封裝通常用極小直徑（0.001英寸）的金絲把電阻器內(nèi)核連接到封裝內(nèi)的引線框。長度一定的引線的電感與直徑成反比,直徑越小,電感越大。
接合引線常有1～2nH的電感。在高頻時,接合引線電感器就像一個開路。隨著頻率提高,電阻器阻抗上升。引線接合電阻器封裝通常限于500MHz以下的應(yīng)用,不過,精心設(shè)計電阻器內(nèi)核,控制引線長度盡可能短,也有可能把這種封裝的端接應(yīng)用的可用范圍擴(kuò)大到1GHz。

最壞的選擇：線繞式和螺旋式軸向電阻器
---軸向電阻器一種是通孔型的,引線附加在端子上,如圖4所示,另一種是無引線的MELF型。軸向薄膜電阻器封裝是用圓柱形陶瓷構(gòu)造的,薄膜電阻器材料被淀積在陶瓷上,然后用激光修整到理想的電阻值。
---軸向線繞式電阻器和圖4的結(jié)構(gòu)類似,只不過螺旋式電流通路不是用電阻薄膜,而是用導(dǎo)線繞陶瓷圓柱體形成的。在高頻時,這種電阻器就像電感器。事實上,根據(jù)電阻器薄膜的不同表面電阻,通常為軸向50Ω,激光形成的螺旋式薄膜電阻器在1GHz時寄生電感超過0.1μH,阻抗超過600Ω。這么大的阻抗失配當(dāng)然會給多數(shù)高頻波形造成嚴(yán)重的信號完整性問題。