有時，走線、焊盤與過孔之間的連接處會添加漸變線或淚滴，旨在提高兩個銅區之間的連接穩固性。淚滴和漸變線本質上是相同的，通常具有線形輪廓，也可以設計為弧形輪廓。在確定漸變線或淚滴的位置時，需要重點考慮走線、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，設計人員能夠輕松放置常見的連接形狀。在大多數設計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域。

放置漸變走線或淚滴時，始終要考慮長度設置。沒有一種特定的長度設置適用于所有情況，具體的長度設置取決于放置淚滴的目的。為了確定應采用的淚滴長度和尺寸，我們將從多個角度分析淚滴在 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固的連接。這尤其適用于圖中右側非常細的走線，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計功能，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方面的功能：制造和信號完整性（尤其是在 RF 設計中）。在 RF 領域，這種結構通常被稱為漸變線，其放置不一定是出于可制造性的考慮。在另一個與可靠性相關的示例中，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。

淚滴設計，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發生崩孔，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計中，因為空間有限，添加淚滴可能會面臨挑戰。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

此處面臨的挑戰是如何放置正確尺寸的漸變線，同時保持銅盤/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定密度限制，在標準工藝中該間距約為 10mil。緊接著根據相關堆疊的特定長寬比目標，設置焊盤/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設定淚滴的尺寸限制，以避免違反間距要求。

漸變線阻抗匹配

另一個漸變線應用示例與阻抗匹配有關。有時，RF 設備會使用漸變線來匹配走線與 PCB 上另一個印刷器件的阻抗，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，使其在兩個值之間平穩過渡，從而減少信號沿漸變線傳輸時的功率損耗。

采用漸變線的系統的拓撲結構包括兩個需要匹配的阻抗值，它們是兩個值之間匹配的示例。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端口的反射，漸變線的長度必須遠大于進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的頻率范圍。一般情況下，有兩個可能的頻率范圍：

低頻——在低頻下，漸變線可能非常長，在 PCB 上并不總是實用。因此，使用標準阻抗匹配網絡更為合適。

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

可以對漸變線或淚滴

進行仿真和分析嗎？

有時需要分析漸變線或淚滴設計，特別是為了確保信號完整性。這主要發生在高速設計中，當傳輸速度非?？斓男盘柋环胖迷谧呔€或差分對上時，必須檢查這些結構。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參數來評估其影響。當信號帶寬在 GHz 范圍內時，過孔上的淚滴會變得尤為重要。

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

驗證漸變走線和淚滴所需的系統分析工具包括3D 電磁場求解器和S參數仿真引擎。3D 求解器可用于提取簡單走線的 S 參數，并將其導出到 Touchstone 文件（.s2p 文件）。導出的 Touchstone 文件隨后可用于線性網絡仿真，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。整個工作流程非常簡單：

使用預期的堆疊和漸變線/淚滴設計，建立一個簡單的仿真測試。

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。

導出 Touchstone 文件，重新導入網絡仿真器。

計算新級聯線性網絡線性網絡的 S 參數。

在 RF 設計或高速設計中，若需為走線添加淚滴或漸變線，請使用 Cadence 的系統分析工具來設計和仿真 PCB 信號完整性。Cadence AWR Design Environment 軟件平臺先進的仿真技術可以提供快速、準確的結果，以及完全集成的系統、電路和電磁分析都可以釋放工程生產力，助力工程師客服通信和雷達系統方面的挑戰。