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

　如今越來越多的視頻設(shè)備以千兆位速率運(yùn)行，它們通過相對較大的同軸BNC連接器互連。雖然這些連接器一般都具有良好的質(zhì)量，但它們在設(shè)備中的性能表現(xiàn)卻取決于它們在PCB上貼裝得如何。非優(yōu)化的連接器占位設(shè)計會導(dǎo)致阻抗失配、反射、信號損耗，并降低設(shè)備的信號保真度。BNC占位PCB布局設(shè)計任務(wù)，一般由線路布線設(shè)計師和硬件工程師負(fù)責(zé)，但他們通常沒有時間或適合的工具順利完成任務(wù)。本文介紹了BNC占位設(shè)計中的幾個常見問題，并以插圖說明了邊緣貼裝和插入式連接器的占位設(shè)計示例。這些連接器可與美國國家半導(dǎo)體的LMH0384 3G/HD/SD自適應(yīng)電纜均衡器、LMH0303電纜驅(qū)動器及LMH0387可配置I/O器件搭配使用。

BNC的類型

視頻設(shè)備在歷史上一直將BNC與75?同軸電纜搭配使用。視頻畫面過去以標(biāo)清速率(270Mbps)傳輸，后來升至高清速率(1.485Gbps)，現(xiàn)已轉(zhuǎn)換到3Gbps。BNC連接器須在信號損耗最小的情況下支持3Gbps的信號傳輸，同時還要保持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型的BNC。基于機(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，信號引腳要么表面貼裝在電路板頂層的連接焊盤上，要么焊接在金屬化通孔內(nèi)，信號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引腳的邊緣貼裝BNC示例。圖3是具有表面貼裝信號引腳的直角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的測試

BNC是一種同軸連接器，專為支持高達(dá)3Gbps的視頻傳輸而設(shè)計，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)計良好的BNC占位對保持BNC帶寬及其特征阻抗必不可少。

時域反射計(TDR) 是快速檢驗無信號引腳或占位的BNC同軸結(jié)構(gòu)內(nèi)部性能的一個很好的工具。進(jìn)行該測試的簡單方法是用扁平金屬片使BNC的信號引腳與其屏蔽引腳短路，然后向 BNC內(nèi)發(fā)射TDR階躍脈沖。通過測量從發(fā)射的TDR階躍脈沖反射回的信號，儀表即可測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)稱的75Ω開始下降。在此情況下，其占位可以設(shè)計相對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)

圖6：不良BNC的阻抗曲線(阻抗波動)

BNC至電路板連接中的常見問題

大多數(shù)表面貼裝BNC連接器具有直徑大約為30~40mil的大信號引腳。為將信號引腳正確焊接在PCB上，需要寬約50mil的連接焊盤。為便于布線，通常會使用8~15mil的較細(xì)表面走線，將信號從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。為實現(xiàn)75?特征阻抗，專門設(shè)計了一條12mil的微帶線，安置在GND層上方 15mil處。BNC的連接焊盤相當(dāng)于50mil的微帶線。由于在焊盤下方15mil處有GND層，所以焊盤的特征阻抗大大低于走線的特征阻抗。焊盤導(dǎo)致阻抗大幅下降，這將會影響信號質(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)備會使用插入式BNC，因為它具有更好的貼裝魯棒性。BNC通常會貼裝在電路板的頂層，其信號引腳焊接在較大的金屬化通孔內(nèi)，信號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，以免信號引腳短路。金屬化通孔的圓柱形金屬柱會產(chǎn)生少量電感。每個內(nèi)部電源層都會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產(chǎn)生過高的電容，從而導(dǎo)致阻抗大幅下降。如果信號布線在BNC的同一層，金屬化通孔就會成為懸掛在信號走線上的殘端，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。