Ground via的位置对高频特性的影响

图6是为了量测870～890MHz高频增幅电路的特性，特别设计的仿真分析用电路，具体而言它在诱电体厚度为1.0mm， εr=4.3的CEM-3印刷电路板上进行封装，测试如何才能获得10dB以上的等化，以及1.1以下的VSWR(Voltage standing Wave Ratio)特性。

图6 870～890MHz高频增幅器的电路(仿真分析用电路)

ground via尽可能靠近pad

如图6的电路可知Transistor的emitter端子与ground之间插入micro strip line model，当作emitter的pad至ground via之间印刷pattern，藉此测试印刷pattern的长度，亦即emitter的pad至ground via之间的距离对高频特性的影响。等化特性、输出入阻抗特性(impedance)的测试结果分别如下所述:

等化特性

图7是emitter直接与ground连接，以及emitter的pad至ground via之间相隔2.0mm时，两者的通过特性模拟分析结果。图7(a)是配合模拟分析将LX 设定为1μm的结果；表4是上述两者等化的差异结果。由图可知即使是800MHz领域由于插入2.0mm的pad，等化大约会降低3.4～4.4dB。

图7 Emitter的pad至ground via的距离造成通过特性的差异

表4 emitter的pad至ground via之间的距离造成等化的差异结果

输出入阻抗特性

图8的Smith chart是emitter直接与ground连接，以及emitter的pad至ground via之间相隔2.0mm时，Transistor (Tr1)的输出入阻抗(S11,S22) 频率特性仿真分析结果。由Smith chart可知图中有S11 与S22 两条特性曲线，它的中心是50Ω阻抗(imped ance)，VSWR是图中1.0的点。从Smith chart的中心(50Ω)描绘的两个同心圆表示 VSWR，内侧圆的VSWR为1.5，外侧圆的VSWR为2.0。由图8(a)可知emitter直接与ground连接的场合，880MHz的输入阻抗 S11与输出阻抗S22 几乎都是50Ω，由此可知两者接近一致(matching)。ground pad在2.0 (LX = 2.0 mm)的位置时，880MHz的输出入阻抗是在VSWR＝2.0圆的外侧上，大幅偏离50Ω的整合条件。

(a)emitter直接与ground连接时的阻抗特性

(b) 距离emitter pad2mm设有ground via时的阻抗特性

图8 Emitter的pad至ground via的距离造成阻抗特性的差异

根据以上模拟分析结果可知为了获得良好的高频电路特性，因此高频电子组件的ground via必需设在pad的近傍。

大直径via较有利

图6的Transistor emitter pad分别设有直径0.4mm与0.2mm的via，如果与图9的电路作增幅特性差异比较，此处假设via直径以外的条件，例如模拟分析手法与图6设有v ia完全相同，且 为0.001mm。根据以上测试条件获得如图10所示的通过特性，需注意的是图10的via直径分别是0.4mm与0.2mm；表5是两者的等化差异，由表5可知不同的via直径会造成-0.5～-0.6dB的等化差异，如果与表5的「emitter直接与ground连接时的通过特性」比较时，via直径0.4mm的等化值为-1.3～-1.9dB；via直径0.2m m的等化值为-1.8～-2.5dB。图11是via直径为0.4mm与0.2mm时的输出入阻抗特性，由图11可知via直径为0.4mm的VSWR为1.4；via直径为0.2mm的VSWR为1.6，也就是说直径为0.4mm的via对整合状态的影响比较小。

图9 870～890MHz高频增幅器的电路(仿真分析用电路)　

图10 不同的ground via直径离造成通过特性的差异

表5 不同的ground via直径造成等化的差异(模拟分析)

图11 不同的ground via直径造成等化的差异(Smith chart)