優(yōu)化數(shù)字視頻設(shè)備的BNC連接器PCB占位設(shè)計(jì)

　如今越來(lái)越多的視頻設(shè)備以千兆位速率運(yùn)行，它們通過(guò)相對(duì)較大的同軸BNC連接器互連。雖然這些連接器一般都具有良好的質(zhì)量，但它們?cè)谠O(shè)備中的性能表現(xiàn)卻取決于它們?cè)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/PCB">PCB上貼裝得如何。非優(yōu)化的連接器占位設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致阻抗失配、反射、信號(hào)損耗，并降低設(shè)備的信號(hào)保真度。BNC占位PCB布局設(shè)計(jì)任務(wù)，一般由線路布線設(shè)計(jì)師和硬件工程師負(fù)責(zé)，但他們通常沒(méi)有時(shí)間或適合的工具順利完成任務(wù)。本文介紹了BNC占位設(shè)計(jì)中的幾個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題，并以插圖說(shuō)明了邊緣貼裝和插入式連接器的占位設(shè)計(jì)示例。這些連接器可與美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的LMH0384 3G/HD/SD自適應(yīng)電纜均衡器、LMH0303電纜驅(qū)動(dòng)器及LMH0387可配置I/O器件搭配使用。

BNC的類(lèi)型

視頻設(shè)備在歷史上一直將BNC與75?同軸電纜搭配使用。視頻畫(huà)面過(guò)去以標(biāo)清速率(270Mbps)傳輸，后來(lái)升至高清速率(1.485Gbps)，現(xiàn)已轉(zhuǎn)換到3Gbps。BNC連接器須在信號(hào)損耗最小的情況下支持3Gbps的信號(hào)傳輸，同時(shí)還要保持75?的特征阻抗，并將反射降至最低。

許多連接器供應(yīng)商都根據(jù)PCB上的貼裝方式提供不同類(lèi)型的BNC?；跈C(jī)械方面的考慮，這些連接器可以采用垂直貼裝、直角貼裝或邊緣貼裝。在電氣方面，信號(hào)引腳要么表面貼裝在電路板頂層的連接焊盤(pán)上，要么焊接在金屬化通孔內(nèi)，信號(hào)布線則位于電路板的另一面。圖1顯示了一些插入式BNC的示例。圖2是具有表面貼裝信號(hào)引腳的邊緣貼裝BNC示例。圖3是具有表面貼裝信號(hào)引腳的直角BNC示例。

插入式BNC 示例

圖1：插入式BNC 示例。

圖2：邊緣貼裝BNC 示例。

圖3：表面貼裝BNC 示例。

BNC的測(cè)試

BNC是一種同軸連接器，專(zhuān)為支持高達(dá)3Gbps的視頻傳輸而設(shè)計(jì)，其性能主要取決于BNC內(nèi)的同軸結(jié)構(gòu)，從BNC連接器至PCB的轉(zhuǎn)換將嚴(yán)重影響B(tài)NC的性能。設(shè)計(jì)良好的BNC占位對(duì)保持BNC帶寬及其特征阻抗必不可少。

時(shí)域反射計(jì)(TDR) 是快速檢驗(yàn)無(wú)信號(hào)引腳或占位的BNC同軸結(jié)構(gòu)內(nèi)部性能的一個(gè)很好的工具。進(jìn)行該測(cè)試的簡(jiǎn)單方法是用扁平金屬片使BNC的信號(hào)引腳與其屏蔽引腳短路，然后向 BNC內(nèi)發(fā)射TDR階躍脈沖。通過(guò)測(cè)量從發(fā)射的TDR階躍脈沖反射回的信號(hào)，儀表即可測(cè)出在階躍脈沖傳輸期間的阻抗。

圖4顯示了良好BNC的阻抗曲線。此直角BNC具有均勻的同軸結(jié)構(gòu)，其75Ω特征阻抗在BNC內(nèi)幾乎保持不變，因此其占位應(yīng)設(shè)計(jì)成具有與BNC相同的特征阻抗。

良好BNC的阻抗曲線

圖4：良好BNC的阻抗曲線。

圖5是一般BNC的阻抗曲線。此直角BNC的同軸結(jié)構(gòu)有不均勻的征兆，在直角彎曲處，特征阻抗從標(biāo)稱(chēng)的75Ω開(kāi)始下降。在此情況下，其占位可以設(shè)計(jì)相對(duì)略高的特征阻抗以彌補(bǔ)BNC的缺陷。

一般BNC的阻抗曲線(阻抗下降)。

圖5：一般BNC的阻抗曲線(阻抗下降)。

圖6給出了不良BNC的阻抗曲線。此直角BNC說(shuō)明其同軸結(jié)構(gòu)有多種不均勻的征兆，在直角彎曲處，它難以保持其特征阻抗。在此情況下，很難為BNC提供具有良好回波損耗性能的占位。

不良BNC的阻抗曲線(阻抗波動(dòng))

圖6：不良BNC的阻抗曲線(阻抗波動(dòng))

BNC至電路板連接中的常見(jiàn)問(wèn)題

大多數(shù)表面貼裝BNC連接器具有直徑大約為30~40mil的大信號(hào)引腳。為將信號(hào)引腳正確焊接在PCB上，需要寬約50mil的連接焊盤(pán)。為便于布線，通常會(huì)使用8~15mil的較細(xì)表面走線，將信號(hào)從BNC連接器傳送至多引腳數(shù)量的集成電路。

圖7顯示了未經(jīng)優(yōu)化的邊緣貼裝BNC占位的俯視圖和截面圖。為實(shí)現(xiàn)75?特征阻抗，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了一條12mil的微帶線，安置在GND層上方 15mil處。BNC的連接焊盤(pán)相當(dāng)于50mil的微帶線。由于在焊盤(pán)下方15mil處有GND層，所以焊盤(pán)的特征阻抗大大低于走線的特征阻抗。焊盤(pán)導(dǎo)致阻抗大幅下降，這將會(huì)影響信號(hào)質(zhì)量并增加寄生電容，從而減小BNC帶寬。

未經(jīng)優(yōu)化的邊緣貼裝BNC 占位的俯視圖和截面圖

圖7：未經(jīng)優(yōu)化的邊緣貼裝BNC 占位的俯視圖和截面圖。

大多數(shù)視頻設(shè)備會(huì)使用插入式BNC，因?yàn)樗哂懈玫馁N裝魯棒性。BNC通常會(huì)貼裝在電路板的頂層，其信號(hào)引腳焊接在較大的金屬化通孔內(nèi)，信號(hào)布線則位于電路板的底層。圖8顯示了未經(jīng)優(yōu)化的插入式BNC占位的俯視圖和截面圖。內(nèi)部接地層和電源層與金屬化通孔隔離，以免信號(hào)引腳短路。金屬化通孔的圓柱形金屬柱會(huì)產(chǎn)生少量電感。每個(gè)內(nèi)部電源層都會(huì)為金屬化通孔提供寄生電容，具體容量取決于內(nèi)部電源層與金屬柱之間的間隙。間隙小的大金屬化通孔會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的電容，從而導(dǎo)致阻抗大幅下降。如果信號(hào)布線在BNC的同一層，金屬化通孔就會(huì)成為懸掛在信號(hào)走線上的殘端，并產(chǎn)生較大的寄生電容，甚至導(dǎo)致更大幅度的阻抗下降。

插入式BNC 占位的俯視圖和截面圖

圖8：插入式BNC 占位的俯視圖和截面圖。